9. Каталіз

Визначення каталізу. Загальні принципи каталізу. Різниця між каталізом та ініціюванням хімічних реакцій. Роль каталізу в промисловості та живій природі.

Гомогенний каталіз. Кислотно-основний каталіз, загальний та специфічний. Рівняння Бренстеда. Механізм кислотно-основного каталізу, пушпульний механізм.

Каталіз окисно-відновних реакцій у розчинах. Каталіз комплексними сполуками перехідних металів.

Гетерогенний каталіз. Визначення швидкості гетерогенно-каталітичної реакції та питома активність каталізатора, правило Борескова. Активність та селективність гетерогенних каталізаторів. Дифузійна та кінетична області проходження гетерогенно-каталітичних процесів.

Кінетика гетерогенно-каталітичних реакцій на однорідних поверхнях, стадії каталітичних процесів. Кінетика реакцій на неоднорідних поверхнях.

Гетерогенні каталізатори. Кислотно-основні каталізатори. Каталізатори окисно-відновних реакцій.

Каталітичні властивості металів. Теорія мультиплетів Баландіна. Нанесені металічні каталізатори, роль носія. Розведені шари, теорія ансамблів Кобозева. Роль структурного фактора в каталізі на металах, структурно чутливі та структурно не чутливі реакції. Каталіз на металічних монокристалах.

Промотори та їх роль у гетерогенному каталізі. Отруєння каталізаторів.

Механізм деяких гетерогенно-каталітичних процесів.

Література: [1-7,14-16,18]

Робота № 9/1. Дослідження швидкості реакції розкладу пероксиду водню

Мета роботи. Визначити константу швидкості реакції та дослідити вплив на неї температури й каталізаторів.

Методика роботи. Пероксид водню самочинно розкладається відповідно до рівняння:

.

Реакція розкладу пероксиду є реакцією 1-го порядку. Швидкість реакції вивчають, вимірюючи об'єм кисню, який виділяється через різні проміжки часу від початку реакції (газометричний метод).

Порядок роботи. Схему пристрою, що використовується у роботі, наведено на рисунку.

Схема пристрою для визначення швидкості реакції розкладу пероксиду водню

У пробірку наливають 5 мл розчину пероксиду водню і розміщують її у термостаті, налагодженому на задану температуру (за вказівкою викладача). Газову бюретку 2 заповнюють водою і встановлюють посудину для вирівнювання рівнів 3 так, щоб за відкритого верхнього крану бюретки рівень води в ній залишався на позначці "0". Щільно закривають пробірку з пероксидом корком, через який пропущено трубку, з'єднану з газовою бюреткою (кран при цьому з'єднує пробірку з атмосферою). Ставлять кран на бюретці у положення, за якого бюретка буде з'єднана з пробіркою, і одночасно включають секундомір (цей момент вважають початком реакції). Коли в бюретці збереться 2-3 мл газу, виконують перше вимірювання: встановлюють однакові рівні рідини у бюретці та зрівняльній посудині, записують рівень рідини у бюретці та час від початку реакції. Коли об'єм газу збільшиться ще на 2-3 мл, роблять наступне вимірювання; знову встановлюють однакові рівні в бюретці та посудині 3 і так далі до закінчення виділення газу. При роботі з каталізатором 5 мл розчину каталізатора розміщують у окремій пробірці у термостаті, витримують близько 10 хв, потім вливають у розчин пероксиду водню. Після цього виміри проводять так, як з розчином пероксиду без каталізатора. Як каталізатори використовують розчини йодиду калію, хлоридів заліза та міді різних концентрацій. Результати вивчення швидкості реакціїї зводять у таблицю

Час від початку реакції	Об'єм кисню V, мл			k

Константу швидкості реакції розраховують або за допомогою рівняння

,

або графічно, виходячи з кута нахилу прямої у координатах (константа швидкості реакції дорівнює тангенсу кута нахилу), де V_∞ - кінцевий об'єм кисню, що виділився.

Література: [24].