Жизнь одного химика. Том 2 - страница 198
Ме + НO ═ Н + Ме O
СНОН + Ме О ═ Н О + СН СОН + Ме
Два последние уравнения выясняют сущность дела; количество металла будет оставаться постоянным во все время разложения спирта в альдегид; часть же металла, как показывают опыты, будет находиться в виде окисла, часть металла будет в мелкораздробленном состоянии, опсобном адсорбировать воду и ее разлагать. Раз только начался процесс дегидрогенизации спирта, вода будет образовываться за счет окисления спирта окисью металла. Мы имеем, таким образом, два процесса, идущие одновременно: окислительный и восстановительный. И так как процесс альдегидного разложения спирта есть реакция обратимая:
СН СН ОН ↔ Н + СН СОН
то об’яснение гидрогенизационного катализа будет исчерпываться приведенными выше двумя уравнениями.
Все тела, выделяющиеся при каталитической гидрогенизации и дегидрогенизации, будут находиться in statu nascendi, и потому указанные промежуточные реакции могут иметь место и совершаться с громадной скоростью. Сабатье и Сандерен, авторы открытия гидрогенизационного катализа, не согласились с самого начала с предложенной мною гипотезой участия окислов в восстановительном катализе. Они предложили об’яснить гидрогенизацию бензола водородом в присутствии восстановленного никкеля при помощи гипотезы образования водородистых соединений металлов. За последнее время Шленком были произведены опыты получения водородистых соединений с никкелем, при чем им было выделено соединение NiH. Можно бы думать, что эти опыты Шленка должны были окончательно склонить к признанию гипотезы образования в качестве промежуточных продуктов при гидрировании водородистых металлов, однако, целый ряд соображений все-таки не поволяет принять окончательно эту гипотезу.
Произведенные мною опыты гидрирования с окислами металлов показали, что, при сравнительно малой их редукции, они с большей скоростью гидрогенизируют органические соединения, чем сам восстановленный металл, и целый ряд интереснейших исследований Вильштеттера с выяснением роли кислорода в гидрогенизационном катализе, а также работы Лангмюра заставляют склоняться к принятию гипотезы, по которой гидрогенизация и дегидрогенизация органических соединений должны об’ясняться участием воды и окислов металла. В только что вышедшей книге Вельблинга «Гидрирование» (Kohle, Koks, Teer, Band 8), в которой разбираются все методы гидрирования разнообразных органических соединений, приведены все гипотезы, которые были высказаны для об’яснения этого каталитического процесса. Интересным является то, что в конце книги (стр. 97), в главе о теории катализа, автор, приведя взгляды разных исследователей*), делает вывод, что в сфере каталитического процесса мы имеем, по всем вероятиям, равновесие между катализатором-металлом, его окислом и водой, и что между ними происходят реакции, которые были выражены вышеприведенными уравнениями. Таким образом, мы недалеко ушли от тех предположений, которые были высказаны 25 лет тому назад, и хотя они дали возможность открыть новые пути по синтезу разнообразных неорганических и органических веществ и предвидеть целый ряд интересных явлений, тем не менее мы нуждаемся в настоящее время в систематических физико-химических исследованиях для более глубокого теоретического изучения работы катализатора и его активности в связи со всеми явлениями, которые могут здесь иметь место: как-то адсорбция, образование молекулярных пленок и т. д. (Лангмор, Шпитальский, и др.). Работы в этом направлении уже начались, и уже получаются некоторые поожительные результаты, но только упорная тонкая работа, и применение методов, подобных приемам коллоидной химии, позволят создать надежную базу для толкования каталитических процессов.
Все виды каталитических реакций: гидрогенизация, дегидрогенизация, изомеризация, полимериазция конденсация и оксидация были изучены в научных лабораториях в течении последней четверти века. Многочисленные работы, которые были сделаны в этом направлении, выяснили совершенно новые стороны дела, касающиеся хода каталитических процессов при высоких температурах. В высокой степени важным оказалось то обстоятельство, что температуры выше 300º, в присутствии определенного катализатора, не разрушают молекулы органических соединений на случайные осколки, а, наоборот, расщепляют по строго определенному направлению, с образованием ценнейших продуктов. Одно и то же вещество может быть расщеплено под влиянием различных катализаторов по разным направлениям. Гидрогенизация ароматических и непредельных соединений, т. е. каталитическое восстановление водородом, идет сравнительно при низких температурах под влиянием восстановленных металлов, главным образом, никкеля и кобальта.
С самого начала было обращено внимание на то, что в окислительных и восстановительных процессах окислы металлов играют громадную роль, и что в этих реакциях идут одновременно два процесса — и восстановление, и окисление, подобно биохимическим процессам в живых организмах.
С целью изучения кинетики каталитических процессов были изучены каталитические реакции в замкнутом сосуде (бомбе) при больших давлениях. Эти исследования привели к очень важным выводам: большинство каталитических процессов обратимы, и давление играет колоссальную роль, ускоряя каталитический процесс и позволяя его довести до высокого предела, иногда же до конца. Без давления много-органических соединений нельзя было бы провести каталитическую дегидратацию с большим выходом для получения непредельного соединения. Наконец, работы по катализу с органическими соединениями выяснили роль окислов в этих процессах и совместное действие катализаторов, которое находит себе сравнение в совместном действии энзимов и химических соединений в организмах.
