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酸碱催化剂

指因物质的酸、碱性质而发生催化功能的催化剂,它们能使反应物转变为离子型活化了的过渡状态,从而发生催化作用。

因物质的酸碱性质而起催化作用的催化剂。有液体酸碱催化剂和固体酸碱催化剂。前

者多用于液相催化反应系统。若催化剂在溶液状态中使用,其催化活性有时与溶剂的性质有关。多数液态酸碱催化剂为化学药剂或由用户自配制成的溶液,它们常有腐蚀性,在贮运时必须注意。使用液态酸碱催化剂,在其反应终了时,要将催化剂与反应混合物分离;而用固态催化剂时,流体反应物与固体催化剂各自成相,生产工艺简单。多数固体酸碱催化剂为催化剂工业的产品,最广泛使用的是固体酸催化剂。

酸碱催化剂种类繁多,可按酸碱的性质分两大类,即质子酸碱(亦称布朗斯台德酸碱,简称B-酸、B-碱)催化剂,能放出质子者为酸催化剂,接受质子者为碱催化剂;另一类为路易斯酸碱(简称L-酸、L-碱)催化剂,其中能接受电子对者为酸催化剂,能给予电子对者为碱催化剂。

按酸碱的性质可分为两类:质子酸碱(亦称布朗斯台德酸碱,简称B酸、B碱)催化剂和路易斯酸碱(简称L酸、L碱)催化剂。由B酸和L酸结合成的催化剂,具有很高的酸强度,称超强酸催化剂。借助酸催化与碱催化的协同作用而发挥催化功能的称酸-碱双功能催化剂。酸碱催化剂用于淀粉水解、烯烃水合、醇类酯化、烃类裂解、异构化、歧化、烷基化聚合等。

以布仑斯惕酸碱或路易斯酸碱为催化剂催化某些反应,通过质子传递或授受电子对完成催化作用的过程,用于这些催化反应的物质称为酸碱催化剂。酸性催化剂主要包括液体酸、酸性络合物、硅铝酸盐、酸性氧化物等;碱性催化剂主要包括液体碱、碱土金属氧化物等。

固体酸:一般认为是能够化学吸附碱的固体,也可以了解为能够使碱性指示剂在其上面改变颜色的固体。固体酸又分为布朗斯特(Brφnsted)酸和路易斯(Lewis)酸。前者简称为B酸,后者简称为L酸。B酸B碱的定义为:能够给出质子的都是酸,能够接受质子的都是碱,所以B酸B碱又叫质子酸碱。L酸L碱的定义为:能够接受电子对的都是酸,能够给出电子对的都是碱,所以L酸L碱又叫非质子酸碱。

B酸强度,是指给出质子的能力;L酸强度是指接受电子对的能力。酸强度通常用Hammeett函数H0表示,定义如下:

若一固体酸表面能够吸附一未解离的碱,并且将它转变为相应的共轭酸,且转变是借助于质子自固体酸表面传递于吸附碱,即:式中a和[BH+]a分别为未解的碱(碱指示剂)和共轭酸的浓度。pKa是共轭酸BH+解离平衡常数的负对数,类似pH。若转变是借助于吸附碱的电子对移向固体酸表面,即式中[A:B]是吸附碱B与电子对受体A形成的络合物AB的浓度。H0越小酸度越强。

酸量:固体表面上的酸量,通常表示为单位重量或单位表面积上酸位的毫摩尔数,即m mol/wt或m mol/m2。酸量也叫酸度,指酸的浓度。

固体碱的强度,定义为表面吸附的酸转变为共轭碱的能力,也定义为表面给出电子对于吸附酸的能力。碱量的表示,用单位重量或者单位表面积碱的毫摩尔数,即m mol/wt或m mol/m2。碱量也叫碱度,指碱中心的浓度。 酸碱对协同位:某些反应,已知虽由催化剂表面上的酸位所催化,但碱位或多或少地起一定的协同作用。有这种酸-碱对协同位的催化剂,有时显示更好的活性,甚至其酸-碱强度比较单个酸位或碱位的强度更低。例如ZrO2是一种弱酸和和弱碱,但分裂C-H的键的活性,较更强酸性的SiO2-Al2O3高,也较更强碱性的MgO高。这种酸位和碱位协同作用,对于某些特定的反应是很有利的,因而具有更高的选择性。这类催化剂叫酸碱双功能催化剂。 固体超强酸和超强碱:固体酸的强度若超过100%硫酸的强度,则称之为超强酸。因为100%硫酸的酸强度用Hammeett酸强度函数表示时为H0 = -11.9,故固体酸强度H0 < -11.9者谓之固体超强酸或超酸。

固体超强碱是指它的碱强度用碱强度函数H-表示高于+26者。固体超强碱多为碱土金属氧化物,或碱土金属与碱金属的复合氧化物。

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