6.5. Поняття про каталіз
Каталізом називається явище зміни швидкості реакції під дією незначних добавок специфічних речовин, кількість яких в ході реакції не змінюється. Нехай є необхідність провести процес за рівнянням реакції: А + В = АВ, тоді
А+ В = АВ, DЕа
А
+ К = АК, DЕ¢а
АК + В = АВ + К, DЕ¢¢а
А + К + АК + В= АК+ АВ + К,
А + В = АВ .
За умови DЕ¢а + DЕ¢¢а < DЕа має місце позитивний каталіз і реакція відбувається із значно більшою швидкістю в порівнянні з безкаталітичним процесом (рис. 6.2).
Е
Як і всі реакції, каталітичні реакції поділяються на гомогенні та гетерогенні. При гомогенному каталізі всі взаємодії, включаючи і проміжні стадії протікають в однорідному середовищі (газ або рідина). При гетерогенному каталізі каталізатор і речовини, що реагують, знаходяться в різних фазах і каталітична реакція протікає на межі розділу фаз. При цьому каталізатор, як правило, буває твердим і на його поверхні проходять всі проміжні процеси.
Запитання для самоконтролю
1. Що треба розуміти під швидкістю хімічної реакції ?
2. Як впливає на швидкість хімічної реакції природа речовин ?
3. Поясніть суть закону діючих мас : У чому полягає фізичний зміст константи швидкості реакції, від яких параметрів залежить ця стала ?
4. Яка залежність швидкості реакції від температури ?
5. Що таке активний комплекс ? На якому етапі реакції він виникає ?
6. У чому полягає відмінність між молярністю та порядком хімічної реакції ?
7. Наведіть приклади паралельних, послідовних, спряжених реакцій. У чому полягає особливість їх протікання ?
8. Які основні стадії мають ланцюгові реакції ?
9. У який бік зміститься хімічна рівновага оборотної екзотермічної реакції при підвищенні температури ?
10. Реакція відбувається із збільшенням кількості газових об’ємів. Як необхідно змінити тиск для зміщення хімічної рівноваги вправо ?
11. Як впливає на зміщення хімічної рівноваги реакції відведення кінцевих продуктів ?
12. Чи можна назвати реакцію каталітичною, якщо при введенні у реакційну систему деякої речовини, швидкість реакції уповільнюється ?
13. Певна реакція відбувається з участю каталізатора та без нього. В якому випадку енергія активації має більше значення ?
14. У якому агрегатному стані можуть знаходитись речовини, що беруть участь в гомогенному та гетерогенному каталітичних процесах ?
Вправи та задачі з розв’язками
1. Процес каталітичного окиснення сульфур (ІV) оксиду відбу-вається на твердому каталізаторі БАВ за таким рівнянням:
2
SО2(газ.) + О2(газ.) 2SО3(газ.) ,
∆Н 0
.
Необхідно:
а) у відповідності до принципу Ле Шательє вказати, як треба
змінити температуру, тиск, концентрацію вихідних і кінцевих речовин для зміщення хімічної рівноваги вправо;
б) розрахувати у скільки разів зросте швидкість реакції при збільшенні концентрації вихідних речовин у 3 рази та при підвищенні температури на 60ºС (температурний коефіцієнт реакції дорівнює 3);
в) визначити початкові концентрації за відомими рівно-важними молярними концентраціями ([SО3]рівн.= 0,3; [О2]рівн.= 0,4; [SО3]рівн.= 0,2) та розрахувати константу рівноваги реакції, її швидкість у початковий момент, якщо константа швидкості при заданій температурі дорівнює 0,75.
г) вказати до якого типу каталітичних процесів відноситься зазначений приклад.