1. Основные понятия катализа

Катализом называют явление увеличения скорости реакции, происходящее под действием некоторых веществ (катализаторов), которые, участвуя в процессе, остаются химически неизменными.

Имеются также вещества, которые наоборот уменьшают скорость реакции – ингибиторы. А явление называется ингибированием или отрицательным катализом.

Общий механизм каталитического действия состоит в том, что реагирующее вещество и катализатор образуют промежуточное соединение, которое реагирует с другим исходным веществом с образованием продуктов реакции и регенерации молекул катализатора.

Схема процесса: А + В = (АВ)^* → С + D

1. А + К → АК

2. АК + В→ (АВ)^*К

3. (АВ)^*К→ С + D + К

Природа промежуточных соединений в катализе разнообразна. Чаще всего они представляют собой лабильные молекулы или радикалы, существующее лишь очень короткое время.

Если рассматривать катализ с энергетической точки зрения, то можно заметить, что катализатор ведет реакцию по иному пути, чем тот, который отвечает реакции без катализатора. Поэтому энергия активации каталитической реакции значительно ниже энергии активации реакции без катализатора. Т.к. энергия активации входит в показатель степени в уравнении для константы скорости, то даже сравнительно небольшое снижение энергии активации сильно увеличивает скорость химического превращения.

U_пот (АВ)^*

Е_к < Е_а

1 1. некаталитическая реакция

(АВ)^*К 2. каталитическая реакция

Е_а

Е_к

2

С+D

А+В АК+В

Координата реакции

ΔЕ_к = Е_а - Е_к

2. Свойства катализаторов

В промышленности используются различные катализаторы, но все они обладают рядом общих свойств, которые присущи и самому явлению катализа в целом:

1. Катализаторы ускоряют течение только тех реакций, которые термодинамически возможны, т. е (ΔG < 0)

2. Катализатор не влияет на величину константы равновесия, если реакция обратима:

Катализатор ускоряет в равной мере как прямую, так и обратную реакцию, т.е. не смещает равновесие. Благодаря этому свойству можно проводить обратимые экзотермические реакции при пониженных температурах, при которых полнота превращения является наибольшей.

3. Большинство катализаторов обладает селективностью, т.е. избирательностью действия. Каждый катализатор особенно интенсивно ускоряет одну какую-либо реакцию или группу реакций определенного типа.

В зависимости от химических свойств образующихся промежуточных соединений. Катализ по механизму действия можно разделить на 3 вида:

1. гомогенный катализ;

2. гетерогенный катализ;

3. ферментативный катализ.

В гомогенных каталитических процессах промежуточное соединение находится в одной фазе с реагирующими веществами. В гетерогенных процессах промежуточное соединение образуется на поверхности раздела фаз. В ферментативном катализе процесс протекает через образование промежуточных соединений с ферментами, т.е. высокомолекулярными соединениями, обладающими каталитической активностью.

В настоящее время не существует единой теории катализа, позволяющей объяснить те или иные специфические особенности различных видов катализа. Поэтому в настоящее время предложены разные теории для различных видов катализа.