Кратко и по пунктам.
Механизм (общая схема, Лэнгмьюра–Хиншельвуда):
$$\mathrm{RCH}=\mathrm{CHR}+{\mathrm{H}}_2\stackrel{\text{Pt}}{}\mathrm{RC}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{R}$$
1) Адсорбция
- Молекулы водорода адсорбируются и диссоциируют на поверхности: ${\mathrm{H}}_2+2\ast \to 2\mathrm{H}\ast$, где $\ast$ — активный сайт. Эта ступень на платине обычно быстрая и экзотермическая.
- Алкен образует π-комплекс или хемосорбцию: $\mathrm{RCH}=\mathrm{CHR}+\ast \rightleftharpoons (\mathrm{RCH}=\mathrm{CHR})\ast$. Такое сопряжение ослабляет связь C=C, ориентирует субстрат и концентрирует реагенты вблизи друг друга.
2) Активация (химическая стадия, перенос H)
- Атомарный H* мигрирует на связанную молекулу алкена и поэтапно присоединяется:
$$(\mathrm{RCH}=\mathrm{CHR})\ast +\mathrm{H}\ast \to (\mathrm{RCH}(\mathrm{H})-\mathrm{CHR})\ast$$ $$(\mathrm{RCH}(\mathrm{H})-\mathrm{CHR})\ast +\mathrm{H}\ast \to \mathrm{RC}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{R}+2\ast$$ - Платиновая поверхность стабилизирует переходные состояния и промежуточные металл-алкильные состояния, что снижает энергию активации $E_a$. По закону Аррениуса скорость растёт при уменьшении $E_a$: $$k=A{e}^{-E_a/(RT)}.$$
3) Десорбция
- После присоединения обоих H продукт ослабляет связь с поверхностью и десорбируется: $\mathrm{RC}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{R}\ast \to \mathrm{RC}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{R}+\ast$.
- Эффективный катализатор должен удерживать промежуточы достаточно крепко для реакции, но не настолько крепко, чтобы блокировать сайты (принцип Сабатье).
Почему платина эффективна
- Диссоциативная адсорбция ${\mathrm{H}}_2$ происходит легко на Pt, давая высокую плотность активных H*.
- Электронная структура (d‑зона) платины обеспечивает оптимальную силу связывания субстрата и H — достаточно сильное для активации, но не чрезмерно сильное для дезактивации. Это соответствует принципу Сабатье (баланс «адсорбция ⇄ десорбция»).
- Высокая подвижность атомарного водорода по поверхности (spillover и диффузия) ускоряет перенос H к адсорбированному алкену.
- Платина имеет разнообразие активных ансамблей (гладкие грани, ступеньки, дефекты), которые стабилизируют переходные состояния для гидрирования.
- Химическая инертность к нежелательным побочным реакциям и относительная устойчивость к отравителям (в сравнении с некоторыми металлами) повышают практическую активность.
Вывод: платина ускоряет все релевантные этапы — обеспечивает быструю диссоциацию H2, стабилизацию и активацию алкена (снижение $E_a$) и приемлемую десорбцию продукта; её d‑электроны и структурные особенности дают оптимальное соотношение сила связывания/скорость, поэтому поверхности Pt очень эффективны для каталитического гидрирования алкенов.