Твердые кислоты и основания - Танабе К.
Скачать (прямая ссылка):
8 Предисловие автора
смотрены вопросы, связанные с определением эффективных и специфических характеристик твердых катализаторов кислотного и основного типа.
Можно надеяться, что эта книга будет полезной как для специалистов-химиков, так и для студентов, специализирующихся в области органической, неорганической и физической химии, нефтехимии и катализа, а также для всех тех, кто интересуется кислотными и основными свойствами поверхности твердых тел.
Автор выражает глубокую признательность сотрудникам своей лаборатории д-ру И.Мацудзаки, д-ру Х.Хаттори, Р.Ониси и Т.Ямагучи за их практическую помощь и полезные дискуссии, а также целому ряду японских химиков, работающих в области кислотно-основного гетерогенного катализа, за их ценные советы и замечания.
Саппоро, К.Танабе
июнь 1970
Глава 1
ТВЕРДЫЕ КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ
В литературе существует множество определений понятий "кислота" и "основание", данные Аррениусом П1, Франклином [2], Бренсте-дом [3], Германном [4], Льюисом [5], Усановичем [6], Бьеррумом [7], Джонсоном и др. [8], Люксом, Флудом и Томлинсоном [9], Шатенштей-ном [10] и Пирсоном [11]. В общем случае под твердой кислотой мы будем подразумевать твердое тело, на котором происходит изменение цвета основного индикатора либо химическая адсорбция основания. В более узком смысле, если следовать определениям Бренстеда и Льюиса, твердой кислотой может быть названо тело, обладающее способностью отдавать протон или принимать электронную пару, а твердым основанием - тело, являющееся акцептором протонов или донором электронов.
Эти определения вполне адекватно описывают явления кислотно-основной природы, наблюдаемые для различных твердых тел. Они удобны также при рассмотрении гетерогенного кислотно-основного катализа.
В соответствии с этими определениями были составлены таблицы твердых кислот и оснований (табл. 1 и 2). В последующих главах будут детально рассмотрены кислотность*, кислотная сила и природа кислотных и основных центров на поверхности различных твердых тел. В них будет также обсуждена зависимость этих характеристик не только от чистоты образцов и методов их приготовления, но и от термообработки, давления и облучения.
*3десь и ниже под кислотностью подразумевается концентрация кислотных центров (моль/г, мэкв/м2 и т.п.) - Прим. перев.
10 Глава 1
Таблица 1
Твердые кислоты
1. Природные глины: каолинит, бентонит, аттапульгит, монтмориллонит, кларит, фуллерова земля, цеолиты
2. Нанесенные кислоты: н2804, н3Р04, н3В03, сн2(соон)2 на сили-кагеле, кварцевом песке, окиси алюминия, диатомите
3. Кат ионообменные смолы
4. Смешанные окислы: 5Ю2 • А1203, В203 ¦ А1203, Сг203 • А1203, Мо03-А1203, гЮ2-5Ю2,Са203-8Ю2, Ве02-5Ю2, \IgO-SiO,,, СаО-8Ю2, 5гО-5Ю2,Л203-5Ю2, Ьа203-5Ю2, 5пО-5Ю2, РЪО-5Ю2,
Моо3 • ге 2(моо4)3, мф ¦ в2о3, тю2 • гпо
5. Неорганические соединения: ЪпО, А1203, ТЮ2, Се02, А8203, \'205, &02, Сг203, Мо03, ХпЪ, СаБ, СаЮ4, МпБ04, N?804, СиБ04, Со804, С<Ш4, 5гЮ4, гп504, \lgSO«, Ге504, ВаБ04, КН504, К2504,
.(NH4)2S04, А12(!504)3, Ге2(504)3, Сг2(504)3, Са(М)3)2, Bi(N03)2, Zn(N03)2, Ге(Ш3)3, СаС03, ВР04, РеР04, СгР04, Т13(Р04)4,
гг3(ро,)4, Си3(Ро4)2, м3(ро4)2, а1ро4, гп3(ро4)2, мёз(Р04)2,
А1С13, Т1С13, СаС12, АвС1, СиС1,5пС12, СаР2, ВаГ2, ^СЮ4,М82(СЮ4)2
6. Уголь, прокаленный при 300° С
Таблица 2
Твердые основания
1. Нанесенные основания: ^ОН, КОН на силикагеле или окиси алюминия; щелочные и щелочноземельные металлы, напыленные на сили-кагель, окись алюминия, К2С03 или диспергированные в масле; М*3, М13, КМН2 на окиси алюминия; Ы2С03 на силикагеле
2. Анионообменные смолы
3. Смешанные окислы: 5Ю2 • А1203, 5Ю2 -М^, 5Ю2 -СаО, 5Ю2 -5Ю, БЮ2 -ВаО
4. Неорганические соединения: ВеО. М^, СаО, 5Ю, ВаО, 5Ю2, А1203, 1пО, Ла2С03, К2С03, КНС03, (ХН4)2С03, СаС03, 8гС03, ВаС03, KNaC03, ^2\ГО4 -'2Н20, КСК
5. Уголь, прокаленный при 900°С или активированный N20, 1\Н3 или
гпС12-кн4с1-со2
Список литературы 11
Первая группа твердых кислот, которая включает природные глины, имеет наиболее длинную историю. Уже в 20-х годах этого века было выполнено большое число работ по исследованию каталитических свойств некоторых из них. Совсем недавно были начаты исследования цеолитов. Основными составляющими первой группы твердых кислот являются окислы кремния и алюминия. Хорошо известные твердые кислотные катализаторы — алюмосиликаты — отнесены к четвертой группе, которая также включает многие смешанные окислы, обладающие, как это было недавно установлено, кислотными свойствами и каталитической активностью. К пятой группе относятся неорганические соединения - окислы, сульфиды, сульфаты, нитраты и фосфаты металлов. Многие из них обнаруживают типичную селективность, свойственную катализаторам.
Из твердых оснований (табл. 2) особого внимания заслуживают окислы щелочноземельных металлов, помещенные в четвертую группу. Их основные свойства и каталитическое действие были исследованы недавно. Тот факт, что окись алюминия, окись цинка и алюмосиликаты обнаруживают не только кислотные, но и основные свойства, имеет особое значение для кислотно-основного бифункционального катализа:
