Соотношение Бренстеда-Поляни и его применение для предвидения каталитического действия

Соотношение Бренстеда-Поляни и его применение
для предвидения каталитического действия (оксидных катализаторов).
Это соотношение между энергией активации каталитического процесса и энергией какой-либо связи, участвующей в образовании активного комплекса на поверхности катализатора.
В отличие от принципа энергетического соответствия в мультиплетной теории, при новом подходе не нужно знать состав мультиплетного комплекса и энергию всех связей в промежуточном соединении между молекулами реагирующих веществ и катализатором. Достаточно знать энергию только одной связи, участвующей в промежуточном соединении.
Запишем соотношение линейности Бренстеда-Поляни между энергией активации Еа реакции и энергией связи Q кислорода с металлом на поверхности оксида металла:
Ea=E₀+αQ
Где Е₀ и α (коэффициент линейности) – константы в ряду разных окислов металлов; Еа – энергия активации, определяемая по уравнению Аррениуса.

Рис. 6 Зависимость энергии активации реакции от энергии связи поверхностного кислорода в оксиде металла (катализаторе).

Из рисунка 6 видно, что эксперимент соответствует теории, т.е. каталитическая активность в ряду:
Co₂O₄>MnO₂>NiO>CuO>Cr₂O₃> >Fe₂O₅>ZnO>V₂O₅>TiO₂
Совпадает с последовательностью увеличения энергии связи кислорода на поверхности оксида.
Достоинства.
1. простота и наглядность метода
2. возможность предвидеть качественные изменения активности при изменении состава оксидных катализаторов.
3. возможность направленного регулирования каталитической активности катализатора путем изменения его состава.
Недостатки.
1. соотношение Б-П не универсально, т.к. Еа активного комплекса зависит не только от энергии связи кислорода с катализатором. Существенное влияние могут иметь и энергии связей других участников реакции с катализатором. Т. е. для более точного предвидения необходимо изучать и учитывать закономерности изменения и всех связей активного комплекса.
2. не учитывается возможное изменение содержания кислорода в поверхностном слое катализатора в условиях протекания реакции.
3. существенные осложнения наблюдаются при использовании соотношения линейности применительно к кислотно-основным каталитическим реакциям.
Заключение.
Хотя природа каталитического действия в общих чертах ясна, на данный момент не создана общая единая теория предвидения каталитической активности. Это обусловлено чрезвычайной сложностью расчета скоростей каталитических процессов даже для простых химических реакций.
Поэтому приходится довольствоваться частными, приближенными зависимостями, справедливыми лишь для отдельных групп катализаторов и реакций.