Вплив каталізатора на швидкість хімічної реакції

Говорячи про отримання кисню в лабораторії, ми згадували, що для прискорення реакції розкладання бертолетової солі до неї додають двоокис марганцю, яка є каталізатором цієї реакції.
Речовини, що впливають на швидкість хімічної реакції, але до кінця реакції залишаються хімічно зміненими, називаються каталізаторами. Реакції, що протікають в присутності каталізаторів, називаються каталітичними. Процес зміни швидкості реакції під дією каталізатора називається катализом.
• Запишіть визначення каталізаторів, каталітичних реакцій і каталізу в зошит.
Відомі каталізатори, що прискорюють реакцію. Наприклад, п’ятиокис ванадію V2О5 у вже згадуваній нами реакції.
2SO2 + О2 ⇄ 2SO3
прискорює утворення продукту. Такий каталіз називається позитивним. (Запишіть.)
Однак бувають випадки, коли потрібно не прискорити, а, навпаки, уповільнити реакцію, наприклад корозію металів. Для цієї мети підбираються відповідні сповільнювачі реакції, їх називають інгібіторами, а каталіз – негативним.

• Запишіть у зошит, що називається позитивним і негативним катализом.

Каталіз може бути гомогенним і гетерогенним.
Гомогенний каталіз спостерігається тоді, коли каталізатор і реагують речовини знаходяться в одному і тому ж агрегатному стані – рідкому або газоподібному. Прикладом такого каталізу є окислення двоокису сірки киснем в сірчаний ангідрид у присутності окису азоту NO. Кисень, двоокис сірки й окис азоту є газами. Каталітичну дію окису азоту пояснюється тим, що каталізатор утворює з одним з вихідних речовин проміжне з’єднання – двоокис азоту:
2NO + О2 ⇄ 2NО2

Потім NО2 вступає в реакцію з двоокисом сірки:

SО2 + NО2 ⇄ SО3 + NO
При цьому NO2 знову відновлюється в NО.
Прискорення реакції тут відбувається за рахунок того, що енергія, витрачена на активацію молекул в обох реакціях, значно менше, ніж енергія, витрачена на безпосередню взаємодію двоокису сірки з киснем.

Гетерогенний каталіз спостерігається тоді, коли реагують речовини знаходяться в одному, а каталізатор – в іншому агрегатному стані. Найчастіше каталізатор буває твердим, а реагують речовини рідкими або газоподібними. Як приклад можна привести окислення двоокису сірки киснем у присутності пятиокиси ванадію V2О5. Реакція відбувається на поверхні каталізатора. Чималу роль у цьому відіграє явище адсорбції.
Поверхня каталізатора неоднорідна; в ній є групи молекул, що утворюють так звані активні центри. Кількість їх збільшується зі збільшенням пористості або роздробленості каталізатора. Реагують один з одним речовини адсорбуються цими активними центрами, утворюючи з ними нестійкі сполуки, які потім розщеплюються з утворенням молекул первинних речовин, але вже в активованому вигляді. Активовані молекули легше реагують один з одним, тому процес прискорюється.

Якщо в сферу реакції потрапляє речовина, яка може утворювати стійке з’єднання з каталізатором, то, з’єднавшись з ним, каталізатор може втратити свою активність. .Такое Речовина, зване катализаторную отрутою, як кажуть, «отруює» каталізатор, тому каталізатор захищають від «отруєння». Відомі також речовини (промотори), додавання яких в невеликих кількостях активізує каталізатор.
Слід особливо відзначити специфічність дії каталізаторів: універсального каталізатора, прискорюючого будь-яку реакцію, не існує. Для кожної реакції характерний свій каталізатор. Правда, іноді буває так, що одне і те ж речовина може прискорювати кілька реакцій.
Значення каталітичних реакцій величезне. У сучасній хімічній промисловості переважна більшість процесів є каталітичними. Переробка нафти, отримання барвників, виготовлення полімерів синтетичного каучуку, виробництво сірчаної кислоти та аміаку не обходяться без каталізаторів.

Говорячи про каталізаторах, не можна не згадати про ферментні процесах, що відбуваються в живих організмах. Ферменти – це складні речовини білкового походження, що володіють Вузькоспецифічні дією. Багато життєві процеси, у тому числі процеси травлення, без ферментів були б неможливі. Деякі ферменти вдається виділити в чистому вигляді і використовувати в штучних лабораторних та навіть у промислових умовах.

■ 106. Що таке каталізатор, каталіз, каталітичні реакції, катализаторную отрута?
107. Які каталітичні процеси ви можете вказати і де каталіз знаходить собі застосування?
108. У чому відмінність гомогенного каталізу від гетерогенного? Наведіть приклади.
109. Що таке ферментні процеси? (Див. Відповідь)

Посилання на основну публікацію