Жизнь одного химика. Том 2 - страница 197
Потенциал химической энергии катализатора при известных условиях может быть очень мал. Катализатор может быть инертным веществом, но если его привести в соприкосновение с определенным веществом, то при известном его физическом состоянии, при известных условиях факторов давления и температуры, при затрате известного количества другой энергии, например, тепловой, можно при посредстве его вызвать химическую реакцию. Оппенгеймер высказывает аналогичный взгляд на фермент, как трансформатор энергии. В своем определении понятия «фермент» он говорит, что своеобразная энергия, материальным субстратом которой является фермент, в состоянии освободить скрытую энергию химического вещества и произвести ее превращение в кинетическую энергию. В химических свойствах глинозема мы должны видеть об’яснение его дегидратирующих каталитических свойств. Глинозем способен соединяться с водой экзотермически; но, чтобы отнять воду от спирта, нужна определенная температура*).
Но приняв воду, глинозем должен в этот же момент ее отдать, если он будет играть роль катализатора. Чтобы совершить с громадной скоростью такую двойную реакцию, — взять воду и ее отдать, — он должен обладать определенными физическими свойствами. Глинозем должен быть в таком состоянии, что должен обладать максимальной адсорбцией. Согласно теоретических воззрений на явление адсорбции, мы должны придти, согласно взглядам Фарадея, Томсона и за последнее время И. Лангмюра, к допущению существования на поверхности катализатора очень тонких (молекулярных) адсорбированных пленок. «Повидимому, — говорит Лангмюр, — эти пленки состоят из молекул, и обычные (первичные) единицы средства не принимают участия в их образовании. Действующие при адсорбции силы зависят от рассеянного силового поля, существующего около молекул, но здесь не происходит никаких коренных перегрупировок электронов. Силы эти по всей вероятности похожи на те, которые действуют при образовании гидратов». Адсорбция обусловливает только временную задержку молекулы на поверхности между моментом конденсации и моментом испарения. Так как очень сходные по своим физико-химическим свойствам адсорберы не вызывают одних и тех же каталитических процессов, то мы должны признать с несомненностью, что и адсорбируемые пленки ведут себя специфично, а отсюда явствует, что адсорбция зависит от типически химического взаимодействия.
Все высказанные здесь мысли современных физико-химиков мало что прибавляют к тем представлениям, которые слагались четверть века назад при открытии различных видов катализа в органической химии. Если прилагать адсорбцию к об’яснению явления катализа, то, казалось бы, что хорошие адсорберы должны быть хорошими катализаторами, чего на самом деле нет. Два сходных вещества: кремнезем и глинозем очень разно относятся к дегидратации спиртов, несмотря на то, что оба коллоида способны адсорбировать почти, одинаковые количества воды.
Нельзя не обратить внимания на то, что современные физико-химики, стремящиеся об’яснить явления катализа при помощи адсорбции, во многом излагают мысли давно уже высказанные, только их перефразируют согласно современным и модным воззрениям на строение атома и молекулы. Если Лангмюр указывает, что адсорбция зависит от типического химического взаимодействия, и что силы, удерживающие на поверхности катализатора адсорбционные пленки, суть силы, которые обуславливают образование гидратов, кристаллогидратов, и т. п., то чем же эти воззрения на явление катализа отличаются от тех мыслей, которые были высказаны мною 25 лет тому назад, когда я находил необходимым об’яснить каталитические реакции при помощи химизма совершаемых здесь процессов, указывая при этом, что глинозем должен обладать особым специфическим свойством, отличающим его от некоторых других, сходных с ним окислов.
Никто не должен оспаривать того, что адсорбция должна играть громадную роль для того, чтобы шел катализ; громадная разробленность катализатора, само собою понятно, сильно ускоряет реакцию, а с размельчением катализатора увеличивается и адсорбация, и тем самым достигаются благоприятные условия для каталитического процесса. Катализ идет на поверхности катализатора, и потому она должна быть подготовлена соответствующим образом для непрерыного хода процесса. Поэтому в высокой степени важны исследования Лангмюра, который в своих опытах обратил внимание на состояние адсорбируемых веществ на поверхности катализатора, и, несомненно, мы подвинемся значительно вперед, если нам удастся подметить связь и зависимость между адсорбционной способностью катализатора, его химическими свойствами и химическими свойствами тел, участвующих в каталитической реакции.
Точно также для об’яснения явления катализа при дегидрогенизации спиртов при помощи катализаторов железа, цинка, латуни и их окислов, открытого впервые мною в 1901 году, мы в настоящее время должны считать наиболее вероятной гипотезу, которая базируется также на химизме и предполагет участие в реакции окислов металлов и воды. Сущность моей гипотезы заключается в том, что вода, постоянно находящаяся в действующих телах (влажность в аппарате или в алкоголе), встретив металл, разложится на водород и кислород, который образует окисел металла; эта окись, легко восстановляемая, окислит частицу спирта, обращая альдегид в воду, а сама превратится в металл; вода опять разложится металлом и даст водород и окись металла, которая окислит новую молекулу спирта в альдегид и т. д.
