КИСЛО́ТНО-ОСНО́ВНЫЙ КАТА́ЛИЗ

КИСЛО́ТНО-ОСНО́ВНЫЙ КАТА́ЛИЗ, ус­ко­ре­ние хи­мич. ре­ак­ций в при­сут­ст­вии ки­слот или ос­но­ва­ний – со­от­вет­ст­вен­но ки­слот­ных или ос­нóв­ных ка­та­ли­за­то­ров. Раз­ли­ча­ют К.-о. к. го­мо­ген­ный (ка­та­лиза­тор и реа­ги­рую­щие ве­ще­ст­ва на­хо­дят­ся в од­ной фа­зе) и ге­те­ро­ген­ный (ка­та­ли­за­тор об­ра­зу­ет са­мо­сто­ят. фа­зу, от­де­лён­ную гра­ни­цей раз­де­ла от фа­зы реа­ги­рую­ще­го ве­ще­ст­ва).

Ус­ко­ре­ние хи­мич. ре­ак­ций в при­сут­ст­вии ки­слот­но-оснóвных ка­та­ли­за­то­ров свя­зы­ва­ют с про­ме­жу­точ­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем ки­сло­ты или ос­но­ва­ния (в слу­чае ге­те­ро­ген­ных ка­та­ли­за­то­ров – на­хо­дя­щих­ся на по­верх­но­сти ка­та­ли­за­то­ров цен­тров разл. ки­слот­ной или ос­нóв­ной си­лы) с реа­ген­та­ми, в ре­зуль­та­те ко­то­ро­го реа­ли­зу­ет­ся но­вый ре­ак­ци­он­ный путь, ха­рак­те­ри­зую­щий­ся, как пра­ви­ло, бóль­шим ко­ли­че­ст­вом ста­дий, но мень­шей энер­ги­ей ак­ти­ва­ции. Так, в го­мо­ген­ном ки­слот­ном ка­та­ли­зе в при­сут­ст­вии про­тон­ных ки­слот (см. Ки­сло­ты и ос­но­ва­ния) од­но­ста­дий­ная ре­ак­ция B→C ста­но­вит­ся трёх­ста­дий­ной: В+H⁺→ BH⁺→ CH⁺→ C+ H⁺. На пер­вой ста­дии про­ис­хо­дит пе­ре­нос про­то­на от ка­та­ли­за­то­ра к реа­ги­рую­ще­му ве­ще­ст­ву, об­ра­зую­щая­ся при этом про­то­ни­ро­ван­ная фор­ма BH⁺ об­ла­да­ет бо­лее вы­со­кой ре­ак­ци­он­ной спо­соб­но­стью, чем реа­гент B. На за­клю­чит. ста­дии про­ис­хо­дит от­ще­п­ле­ние про­то­на от про­дук­та ре­ак­ции и ре­ге­не­ра­ция ка­та­ли­за­то­ра. В слу­чае ап­ро­тон­ных ки­слот (ки­слот Льюи­са) взаи­мо­дей­ст­вие осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пу­тём при­сое­ди­не­ния сво­бод­ной па­ры элек­тро­нов реа­ги­рую­ще­го ве­ще­ст­ва к ак­цеп­тор­но­му цен­тру ка­та­ли­за­то­ра. По­доб­ный ме­ха­низм ха­рак­те­рен и для ка­та­ли­за ос­но­ва­ния­ми (см., напр., в ст. Го­мо­ген­ный ка­та­лиз). В ге­те­ро­ген­ном К.-о. к. об­ра­зо­ва­ние ион­ных про­ме­жу­точ­ных струк­тур энер­ге­ти­че­ски не­вы­год­но и бо­лее пред­поч­ти­тель­ны­ми счи­та­ют­ся син­хрон­ные ме­ха­низ­мы, в ко­то­рых про­то­ни­ро­ва­ние и от­рыв про­то­на про­ис­хо­дят од­но­вре­мен­но на би­функ­цио­наль­ных (ки­слот­но-ос­нóв­ных) цен­трах ка­та­ли­за­то­ра.

Наи­бо­лее ши­ро­кое прак­тич. при­ме­не­ние по­лу­чил ки­слот­ный ге­те­ро­ген­ный ка­та­лиз. На его ис­поль­зо­ва­нии ос­но­ва­но боль­шин­ст­во про­цес­сов неф­те­хи­мии и неф­те­пе­ре­ра­бот­ки (ка­та­ли­тич. кре­кинг и гид­ро­кре­кинг, изо­ме­ри­за­ция ал­ка­нов и ал­ке­нов, оли­го­ме­ри­за­ция ал­ке­нов, ал­ки­ли­ро­ва­ние аро­ма­тич. уг­ле­во­до­ро­дов и др.). К ти­пич­ным ка­та­ли­за­то­рам та­ких про­цес­сов от­но­сят­ся аморф­ные и кри­стал­лич. алю­мо­си­ли­ка­ты (це­о­ли­ты), при­род­ные гли­ны, фос­фор­ная и по­ли­фос­фор­ные ки­сло­ты, на­не­сён­ные на но­си­тель, ка­тио­ни­ты. При­ме­ра­ми пром. ис­поль­зо­ва­ния го­мо­ген­но­го ки­слот­но­го ка­та­ли­за яв­ля­ют­ся про­цес­сы ал­ки­ли­ро­ва­ния изо­ал­ка­нов ал­ке­на­ми и гид­ра­та­ции ал­ке­нов. В ка­че­ст­ве ки­слот­ных ка­та­ли­за­то­ров го­мо­ген­ных про­цес­сов при­ме­ня­ют про­тон­ные ки­сло­ты (H₂SO₄, HCl, Н₃РО₄ и др.) в вод­ных и вод­но-ор­га­нич. рас­тво­ри­те­лях, сверх­ки­сло­ты (напр., смесь HF и SbF₅, смесь HSO₃F и SbF₅) и ап­ро­тон­ные ки­сло­ты (АlСl₃, BF₃, SnCl₄ и др.) в не­вод­ных рас­тво­ри­те­лях. Ка­та­ли­за­то­ры ос­нóв­но­го ха­рак­те­ра (рас­тво­ри­мые ос­но­ва­ния, твёр­дые ок­си­ды ме­тал­лов CaO, MgO и др.) при­ме­ня­ют­ся зна­чи­тель­но ре­же.