Катализ. Общие сведения.

Катализом называется изменение скорости реакции под действием веществ, не входящих в суммарное уравнение этой реакции.

Катализаторы – вещества, не входящие стехиометрическое уравнение реакций, но оказывающее влияние на ее скорость . Есть катализаторы, ускоряющие реакции и есть замедляющие реакции – ингибиторы.

Катализаторы и регенты могут находиться в одной фазе, такой катализ называется гомогенный, если катализатор и вещества, на которые он воздействует, находятся в разных фазах, то это гетерогенный катализ.

В обратимых реакциях действие катализатора приводит к изменениям скорости прямой и обратной реакций в одинаковом направлении, поэтому катализатор не изменяет положение равновесия, а только ускоряет процесс его наступления.

Катализаторы, влияя на скорость превращения веществ не могут изменять константу равновесия. Если бы константа равновесия зависела от присутствия или отсутствия катализатора в реакционной среде, то вводя катализатор в систему или удаляя его из нее можно было бы создать вечный двигатель 2-го рода, работающий за счет энергии химической реакции.

Почему же присутствие катализатора влияет на скорость процесса?

Действие катализатора на превращаемые вещества – в образовании промежуточных соединений с энергией активации меньшей, чем энергия образования активационного комплекса без катализатора. (см. рисунок)

На рисунке приведена упрощенная схема образования активированного комплекса только из исходных веществ и продуктов реакции (I), а также активационного комплекса с катализатором (II).

потенциальная энергия

энтальпия реакции – одна и та же, т.к. разность разность энергии веществ в конечном и исходном состояниях одна и та же.

Важнейшими характеристиками катализаторов является специфичность (или избирательность) и активность.

Специфичность – это способность катализатора ускорять или замедлять только одну или несколько химических реакций. Наибольшей специфичностью (избирательностью) обладают биологические катализаторы – ферменты (энзимы).

Активность катализатора чаще всего оценивают по снижению энергии активации.

Гомогенный катализ

Каталитическое действие является основой жизнедеятельности в природе. Все химические превращения в организмах инициируются особыми биологическими катализаторами – ферментами. Поэтому мы в первую очередь разберем некоторые аспекты ферментативного катализа, а также очень коротко реакции в растворах, катализируемые ионами водорода и гидроксид ионами (кислотно-основный катализ).

Ферменты – вещества, вырабатываемые клетками живых организмов. Большинство ферментов – белки, но активные участки могут содержать неаминокислотные фрагменты – атомы различных металлом (металлоферменты) см. 117а

Действие катализатора чаще всего объясняется тем, что он вступает во взаимодействие с реагентами (иногда многократно), но затем регенерируется, высвобождается в первоначальном виде и в прежнем физическом состоянии.

Примеры:

1. Если смешать равные объемы 0,05М растворов KJ, , , то в присутствии крахмала синюю окраску, свидетельствующую о протекании реакции (116а) 2KJ + + + + 2 можно отменить через несколько минут. Но достаточно ввести всего одну каплю 1М раствора молибзата аммония (катализатора этой реакции) и синее окрашивание появляется сразу же.

2. Пищевые жиры при хранении на открытом воздухе окисляются кислородом, что приводит к их прогорканию. Этот процесс ускоряется в присутствии даже ничтожных количеств солей меди или железа .

Катализатор – направляет реакцию по пути более низкой энергии активации. Катализатор выступает в роли реагента-посредника, принимающего участие в образовании активированных комплексов (переходных состояний) или промежуточных химических соединений.

График!!!