Особенности катализаторов

Отметим некоторые основные особенности катализаторов:

а) катализаторы способны ускорить химический процесс, присутствуя в реакционной системе даже в чрезвычайно малых количествах; например, для заметного изменения скорости окисления сульфита натрия (Na₂SO₃) в водном растворе достаточно присутствия 10^-13 грамм-эквивалентов CuSO₄ в одном литре раствора;

б) какой бы ни был кинетический закон протекания реакции, скорость её в первом приближении прямо пропорциональна количеству катализатора;

в) действие катализаторов селективно: вещество, ускоряющее протекание данной химической реакции, может оказаться совершенно неэффективным для другой (эта особенность чрезвычайно резко проявляется у биологических катализаторов - ферментов).

Например, муравьиная кислота в присутствии таких металлов как Pt, Ni, Cu дегидрируется (температура~250-300⁰С) c образованием водорода и углекислого газа, а в присутствии оксида алюминия Al₂O₃ дегидратируется (температура~300⁰С) с выделением моноокиси углерода:

ç®H₂ + CO₂

HCOOH ® ç

ç®H₂O + CO;

из этилового спирта при 300⁰С в присутствии оксида алюминия получают воду и этилен

C₂H₅OH ® H₂O + C₂H₄,

а в присутствии мелкораздробленной меди образуется водород и уксусный альдегид:

C₂H₅OH ® H₂ + СH₃C(H)O

г) по окончании реакции катализаторы находятся в числе её продуктов в неизменном состоянии и могут многократно использоваться без регенерации или специальной очистки;

д) в случае участия катализатора в обратимых химических реакциях он не смещает положение равновесия (см. п.2.6), т.е. не изменяет значения равновесных концентраций. Катализатор в равной степени ускоряет и прямую и обратную реакции и тем самым обеспечивает более высокую скорость достижения равновесия.

Некоторые вещества, сами не являясь катализаторами, даже в малом количестве резко увеличивают активность катализатора. Их называют промоторами или активаторами. Например, синтез NH₃ из H₂ и N₂ ведут на железном катализаторе, активированном незначительными количествами оксидов алюминия, калия, кальция и кремния.

В других случаях присутствие в реакционной смеси даже ничтожно малых количеств некоторых веществ существенно снижает или полностью подавляет активность катализаторов. Такие вещества получили название каталитических ядов, а само явление – отравления катализаторов. Например, для вышеупомянутого железного катализатора синтеза аммиака ядами являются кислород, сера.