Понятие о катализе и катализаторах

Увеличить скорость реакции можно с помощью катализаторов. Применять катализаторы выгоднее, чем повышать температуру, тем более, что ее повышение далеко не всегда возможно. Катализаторами называются вещества, изменяющие скорость химических реакций.

Одни катализаторы сильно ускоряют реакцию - положительный катализ, или просто катализ, другие - замедляют - отрицательный катализ. Отрицательный катализ часто называют ингибированием, а отрицательные катализаторы, снижающие скорость реакции - ингибиторами (механизм действия последних отличен от действия катализаторов).

Химические реакции, протекающие при участии катализаторов, называют каталитическими.

Сам катализатор в реакциях не расходуется и в конечные продукты не входит.

Различают два вида катализа - гомогенный (однородный) и гетерогенный (неоднородный) катализ.

При гомогенном катализе реагирующие вещества и катализатор образуют однофазную систему - газовую или жидкую, между катализатором и реагирующими веществами отсутствует поверхность раздела. Например, каталитическое разложение пероксида водорода в присутствии раствора солей (жидкая фаза). Для гомогенного катализа установлено, что скорость химической реакции пропорциональна концентрации катализатора.

При гетерогенном катализе реагирующие вещества и катализатор образуют систему из разных фаз. В этом случае между катализатором и реагирующими веществами существует поверхность раздела. Обычно катализатор - твердое вещество, а реагирующие вещества - газы или жидкости.

Механизм действия катализаторов обычно объясняют образованием промежуточных соединений катализатора с одним из реагирующих веществ. Так, если медленно протекающую реакцию А + В = АВ вести в присутствии катализатора k, то катализатор вступает в химическое взаимодействие с одним из исходных веществ, образуя непрочное промежуточное соединение: А + k = Аk. Реакция протекает быстро, так как энергия активации этого процесса мала. Затем промежуточное соединение Аk взаимодействует с другим исходным веществом, при этом высвобождается катализатор: Ak + B = AB + k.

Поверхность катализатора неоднородна. На ней имеются так называемые активные центры, на которых главным образом и протекают каталитические реакции.

Некоторые вещества снижают или полностью уничтожают активность твердого катализатора. Такие вещества называются каталитическими ядами. Однако имеются и такие вещества, которые усиливают действие катализаторов данной реакции, хотя сами катализаторами на являются. Эти вещества называются промоторами (промотирование платиновых катализаторов добавками железа, алюминия и др.)

Следует особо отметить, что действие катализаторов избирательно, поэтому применяя разные катализаторы, можно получить из одного и того же вещества разные продукты.

Особую роль играют биологические катализаторы - ферменты. При их участии протекают сложные химические процессы в растительных и животных организмах.

Вопросы для закрепления:

1. Что такое химическая кинетика?

2. Определение скорости химических реакций?

3. От чего зависит скорость химических реакций?

4. Сформулируйте закон действующих масс?

5. В чем состоит правило Вант-Гоффа?

Литература:

Г. М. Чернобельская, Чертков «Химия», Москва, «Дрофа», 2007 г.; стр. 83-89.