Kimyoviykinetika va kataliz

12. Geterogen kataliz
Geterogen katalizda reaksiya katalizator sirtida sodir bo’ladi. Bundan ko’rinib turibdiki, katalizator sirt qatlamining yuzasi va uning tuzilishi katalizatorning aktivligini belgilaydi. Odatda katalizator sirt qatlamining yuzasini oshirish uchun g’ovak struktura beriladi yoki uning sirtiga g’ovak strukturaga ega bo’lgan qandaydir kimyoviy neytral modda (pemza, asbest va boshqalar) ning yupqa qatlami o’tkaziladi.
Qattiq katalizatorning aktivligiga ular sirtining tuzilishi juda katta ta’sir ko’rsatadi. Sirtning barcha qismi emas, balki faqat uning ayrim sohalari – aktiv markazlarigina katalitik aktivlikka ega bo’lishi aniqlangan.
Hozirgi vaqtda katalizator aktiv markazlarining tabiati to’g’risida yetarli tushunchalar mavjud emas. Ba’zi bir ma’lumotlarga ko’ra, katalizator sirtida fizik bir jinsli bo’lmagan atomlar bo’lib, ularning valentligi to’yinmagandir. Aynan shuning uchun ular suyuq va gaz fazasidagi moddalar bilan turg’un bo’lmagan oraliq birikmalarini hosil qilishi mumkin, ya’ni sirtning bu sohalarida kimyoviy reaksiyalar boradi.
Katalizator sirtida aktiv markazlarning mavjudligi ularning katalitik zaharlar ta’siriga o’ta sezgirligida namoyon bo’ladi. Katalitik zaharlar deb, shunday moddalarga aytiladiki, reagentlar aralashmasiga ulardan juda oz miqdorda qo’shilganda, katalizator aktivligini kamaytiradi yoki butunlay yo’qotadi. Zaharlarga brom birikmalari, HCN, As, PH₃, AsH₃, As₂O_3, P₂O₅, CO, H₂S, HgCI₂, HgBr₂ lar misol bo’la oladi. masalan, H₂O₂ ni Pt katalizator ishtirokida parchalanish reaksiyasida CO gazi zahardir. Bu zahar ishtirokida reaksiya oldin tez susayib, so’ngra sekin-asta o’z-o’zidan yana tezlasha boshlaydi. Buning sababi H₂O₂ ning parchalanishidan hosil bo’lgan kislorodning CO ni CO₂ ga oksidlashidir. CO₂ esa yomon adsorbilanadi; CO₂ katalizator uchun zahar emas, CH₄ ga aylantirish yo’li bilan ham (CH₄ zahar emas) CO ni yo’qotish mumkin.
Sirtning bir jinslilik darajasining pasayib borishi, katalizator aktivligini ortib borishiga olib keladi. Amalda bunga katalizator sirtiga turli xil qo’shimchalar kiritish orqali erishiladi. Bu qo’shimchalar sirt strukturasini o’zgartirib, ular katalizator aktivligini oshiradilar. Bunday moddalar p r o m o t o r lar deyiladi.
Aktiv markazlarning ortib borishi aralashma katalizatorlarning yuqori aktivlikka ega bo’lishi bilan tushuntiriladi. Masalan, ammiakning azot oksidigacha oksidlanishida Fe₂O₃ va Bi₂O₃ lardan tarkib topgan katalizatorlar ishlatiladi. Bu oksidlarning har biri alohida kichik katalitik aktivlikka ega bo’ladilar.
N.M.Kobozevning fikricha, aktiv markazlarning tabiatini kristall holat bilan bog’lash, katalizning asosiy turlari bo’lmish gomogen, geterogen va mikrogeterogen (kolloid va ferment) katalizlarni bir nuqtai-nazardan qarab izohlashga imkon bermaydi va bu katalizning umumiy nazariyasini yaratishga to’sqinlik qiladi. Demak, aktiv markazlarning tabiatini kristall holati bilan bog’lash noto’g’ri.
Qattiq katalizatorda amalga oshiriladigan katalitik jarayonlarning ketma-ket sodir bo’luvchi besh bosqichga bo’lish mumkin:

1. 
   katalizator sirtida reaksiyaga kirishuvchi moddalar molekulalarining diffuziyasi;
   
2. 
   katalizatorda reaksiyaga kirishuvchi modda molekulalarining adsorbsiyasi;
   
3. 
   kimyoviy reaksiya;
   
4. 
   reaksiya mahsulotlari molekulalarining desorbsiyasi;
   
5. 
   suyuq yoki gaz fazasidagi katalizator sifatida reaksiya mahsuloti molekulalarning diffuziyasi.
   

Birinchi va oxirgi bosqichlar diffuzion, qolganlari esa kinetik bosqichlar deyiladi. Barcha bu bosqichlar turli xil tezliklarda borishi va to’la katalitik jarayonning tezligi uning eng sekin boruvchi bosqichi bilan aniqlanadi. Past temperaturalarda diffuzion bosqichlar kataliz tezligiga ta’sir qilmaydi chunki, ular tez sodir bo’luvchi kinetik reaksiyalardir. Kinetik bosqichlar (adsorbsiya, kimyoviy reaksiya, desorbsiya) uncha katta qiymatga ega bo’lmagan aktivlanish energiyasi bilan xarakterlanadi, chunki ular katta tezlikda boradi. Тemperatura ortishi bilan kimyoviy reaksiyalar tezligiga nisbatan diffuziya tezligi sekin o’sadi, yuqori temperaturalarda diffuzion bosqichlar geterogen kataliz tezligini aniqlaydi.