Вопрос 8 Влияние катализатора на скорость химических реакций. Гомогенный и гетерогенный катализ. Специфичность действия катализатора.

Катализатор – это вещество, не расходующееся в процессе протекания реакции, но влияющее на ее скорость.

Явление изменения скорости реакции под действием таких веществ называется катализом. Обычно катализаторами называют вещества, увеличивающие скорость реакции, а ингибиторами – вещества, замедляющие протекание реакции.. Если химическая реакция А + В = АВ без катализатора происходит медленно, а в присутствии катализатора К быстро, то его действие объясняется тем, что катализатор реагирует с одним из исходных веществ, образуя непрочное (как правило, очень реакционноспособное) промежуточное соединение АК (или ВК): А (В) + К = АК (ВК).

Образовавшееся промежуточное соединение (например. АК) взаимодействует с другим исходным веществом В, образуя конечный продукт реакции АВ и выделяя катализатор К в первоначальном виде: АК + В = АВ + К.

Примером гомогенного катализа является разложение пероксида водорода в присутствии ионов йода. Реакция протекает в две стадии:

H₂О₂ + I → H₂О + IO, H₂О₂ + IO → H₂О + О₂ + I

При гомогенном катализе действие катализатора связано с тем, что он вступает во взаимодействие с реагирующими веществами с образованием промежуточных соединений, это приводит к снижениюэнергии активации.

При гетерогенном катализе ускорение процесса обычно происходит на поверхности твердого тела — катализатора, поэтому активность катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. На практике катализатор обычно наносят на твердый пористый носитель.

Примером гетерогенного катализа является окисление SO₂ в SO₃ на катализаторе V₂O₅ при производстве серной кислоты.

Катализаторы белковой природы называются ферментами Катализаторы является специфичность действия: каждая химическая реакция или группа однородных реакций может ускоряться только вполне определёнными Катализаторами

специфичность проявляется в том, что они могут определять направление реакции— из одних и тех же исходных веществ в зависимости от вида избирательность (селективность); её оценивают отношением скорости целевой реакции к общей скорости превращения исходных веществ в присутствии данного

каталитическая активность, выражаемая в виде разности скоростей одной и той же реакции, измеренных при прочих равных условиях в присутствии и в отсутствие Катализатора

Вопрос 9 Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое равновесие. Константа равновесия, физический смысл. Связь константы равновесия с энергией Гиббса. Принцип Ле-Шателье.

Необратимые реакции — реакции, при которых взятые вещества нацело превращаются в продукты реакции, не реагирующие между собой при данных условиях, например, разложение взрывчатых веществ, горение углеводородов, образование малодиссоциирующих соединений, выпадение осадка, образование газообразных веществ. Ba(ClO₂)₂ + H₂SO₄ → 2HClO₂ + BaSO₄↓

Обратимые реакции — химические реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях (прямом и обратном), например: 3H₂ + N₂ ⇌ 2NH₃.

Направление обратимых реакций зависит от концентраций веществ — участников реакции. Так в приведённой реакции, при малой концентрации NH₃ в газовой смеси и больших концентрациях N₂ и H₂ происходит образование аммиака; напротив, при большой концентрации аммиака он разлагается, реакция идёт в обратном направлении. По завершении обратимой реакции, т. е. при достижении химического равновесия,

Химическое равновесие – состояние химической системы, при котором возможны реакции, идущие с равными скоростями в противоположных направлениях. При химическом равновесии концентрации реагентов, температура и другие параметры системы не изменяются со временем.

Отношение констант скорости прямой и обратной реакций (K) называется константой равновесия. Величина K зависит от природы реагирующих веществ и от температуры. Стандартная константа равновесия связана со стандартной энергией Гиббса реакции соотношением: ∆ G⁰_T = -RT ^. lnK⁰

Стандартная энергия Гиббса реакции в газовой смеси — энергия Гиббса реакции при стандартных парциальных давлениях всех компонентов.

Стандартная энергия Гиббса реакции в растворе — энергия Гиббса при стандартном состоянии раствора, с концентрацией всех реагентов, равной единице.

Принцип Ле Шателье— если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (тем-ра, концентрация, давление), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.

Влияние температуры зависит от знака теплового эффекта реакции. При повышении температуры химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, при понижении температуры — в направлении экзотермической реакции. В общем же случае при изменении температуры химическое равновесие смещается в сторону процесса, знак изменения энтропии в котором совпадает со знаком изменения температуры

Давление существенно влияет на положение равновесия в реакциях с участием газообразных веществ, сопровождающихся изменением объёма за счёт изменения количества вещества при переходе от исходных веществ к продуктам:

При повышении давления равновесие сдвигается в направлении, в котором уменьшается суммарное количество молей газов и наоборот.

Влияние концентрации на состояние равновесия подчиняется следующим правилам:

1. При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции; 2)При повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ.