Влияние катализатора на скорость химических реакций. Причины влияния катализатора.
Вещества, не расходующиеся в результате протекания реакции, но влияющие на ее скорость, называются катализаторами. Катализаторы, уменьшающие скорость реакции, называются ингибиторами. В большинстве случаев действие катализатора объясняется тем, что он снижает энергию активации реакции. В присутствии катализатора реакция проходит через другие промежуточные стадии, чем без него, причем эти стадии энергетически более доступны. Таким образом, некоторые молекулы, энергия которых была недостаточна для активных столкновений, теперь оказываются активными.
-
Сущность катализа заключается в том, что в присутствии катализатора изменяется путь, по которому проходит суммарная реакция, образуются другие переходные состояния с иными энергиями активации, а поэтому изменяется и скорость химической реакции.
-
Различают гомогенный и гетерогенный катализ. При гетерогенном катализе реакция протекает на поверхности катализатора. Отсюда следует, что активность катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. Для того чтобы иметь большую поверхность, катализатор должен обладать пористой структурой или находиться в сильно раздробленном состоянии.
-
Катализаторы отличаются селективностью: они действуют на процессы избирательно, направляя его в определенную сторону.
-
Отрицательный катализ используется для замедления коррозии.
Особенности протекания гетерогенных реакций. Влияние диффузии и степень дискретности вещества.
Гетерогенные реакции протекают на границе (поверхности) раздела фаз, например между веществами, находящимися в жидкой и твердой фазах. Имеют большое значение в технике (горение твердого топлива, коррозия металлов и т.д.). Любые гетерогенные процессы связаны с переносом вещества, и в них можно выделить три стадии: 1) Подвод реагирующего вещества к поверхности.
-
Химическая реакция на поверхности Имеется в виду собственно химическое взаимодействие молекул на поверхности раздела фаз.
-
Отвод продукта реакции от поверхности.
Первая и последняя стадии осуществляются засчет диффузии. Во многих случаях химическая реакция могла бы протекать очень быстро, если подвод реагирующего вещества к поверхности и отвод продуктов от нее тоже происходили бы достаточно быстро. Такие процессы называются диффузионно-контролируемыми, т.к. скорость определяется скоростью переноса вещества (диффузией). Для ускорения таких реакций обычно используют перемешивание. Если химическая реакция (вторая стадия) имеет высокую энергию активации, то эта стадия оказывается самой медленной, и процесс не ускоряется при перемешивании. Такие гетерогенные реакции называются кинетическиконтролируемыми. Для их ускорения необходимо повысить температуру.
Стадия, определяющая скорость протекания реакции, называется лимитирующей стадией. Для диффузионно-контролируемых процессов такой стадией является перенос вещества (1-я или 3-я стадии), а кинетически контролируемые процессы лимитируются 2й стадией.
Скорость любого гетерогенного процесса возрастает при увеличении поверхности контакта фаз. Для этого используют измельчение твердой фазы.