Характеризуйте мультиплетную теорию катализа А.А. Баландина

Теория основана на структурном и энергетическом соответствии взаимодействующих молекул реагентов и активных центров твердого тела.

В молекулах и решетке твердого тела для эффективного протекания каталитического процесса расстояния между атомами (или) ионами должны быть одинаковыми или различаться на небольшую величину, то есть длины связи в них должны быть соизмеримы. Длина связи между атомами (или ионами) в решетке твердого тела и строение решетки определяются на основе законов и правил кристаллохимии, физики и химии.

Согласно мультиплетной теории катализа А.А. Баландина, катализ – это химической явление и каталитический процесс проходит через последовательные стадии адсорбции молекул реагентов, активации связей реагирующих молекул и образования активированного комплекса с последующим распадом активного комплекса на продукты и регенерацией катализатора. С активными центрами катализатора молекулы реагирующих веществ взаимодействуют индексными группами типа

Таким образом, по теории А.А. Баландина в образовании поверх-ностного соединения (мультиплетного комплекса) участвуют группы активных атомов поверхности – мультиплеты (дуплеты, триплеты, квадриплеты), обладающие определёнными геометрическими и энерге-тическими свойствами.

Принцип геометрического соответствия. Твёрдое тело может быть гетерогенным катализатором, если расположение активных мест на его поверхности находится в геометрическом соответствии с распо-ложением атомов в молекулах реагирующих веществ. Кроме того, рас-стояние между атомами в мультиплете должно соответствовать рассто-янию (длине химической связи) между атомами в реагирующих моле-кулах, образующих на поверхности катализатора мультиплетный ком-плекс.

Принцип энергетического соответствия. Кроме геометрического соответствия должно быть определённое соответствие между энергиями связи атомов в молекулах реагирующих веществ и в мультиплетном комплексе, чтобы данное твёрдое тело могло быть катализатором рассматриваемой реакции. При этом энергии связей реагирующих молекул с активными центрами на поверхности катализатора должны быть оптимальными и находиться в определённом соответствии с энергиями связей между атомами в молекулах реагирующих веществ. Энергетический уровень мультиплетного комплекса должен быть расположен примерно посередине между энергетическими уровнями исходных молекул и продуктов реакции, а энергии активации его образования и распада должны быть минимальными.

Мультиплетная теория дала толчок в развитие представлений о катализаторах, как о твёрдых телах. Считалось, что каталитическими свойствами обладают только рёбра и углы кристаллической решётки, появилась «теория пересыщения» С.З. Рогинского. При нарушении кристаллографической структуры катализаторов, возникают участки, обладающие избыточной свободной энергией, являющиеся основными каталитическими центрами. Однако представления о химической структуре катализаторов были отодвинуты.

Мультиплетная теория неприменима к окислительно-восстановительным реакциям (ОВР) (гомолитическим реакциям), так как процессы получения и отдачи электронов могут происходить в разных пространственно разделённых участках поверхности. Поэтому для ОВР не требуется строгого геометрического соответствия между строением молекул и расположением атомов мультиплета на поверхности катализатора.

При применении принципов энергетического соответствия для та-ких реакций необходимо учитывать другие энергетические величины: работу выхода электрона с поверхности катализатора, сродство к элек-трону или атому реагирующих молекул.