Гомогенный катализ

Главным положением теории гомогенного катализа является представление о том, что в ходе реакции образуются неустойчивые промежуточные соединения катализатора с peaгирующими веществами, которые затем распадаются с регенерацией катализатора.

В общем случае для реакции типа: А + В = Р образуется промежуточное соединение одного из реагентов с катализатором А + К = АК, затем это соединение взаимодействует с другим исходным веществом и дает продукты реакции и катализатор

АК+В ® Р+К.

При теоретическом рассмотрении кинетики гомогенных каталитических реакций часто предполагается, что промежуточные соединения находятся в равновесии с исходными веществами. Такие промежуточные соединения называют веществами Аррениуса. В этом случае схема реакции типа

А + В = Р запишется следующим образом:

А + К «АК;

АК + В ® Р + К.

Так как считается, что промежуточное соединение находится в равновесии с исходными веществами, то v₁ = v₂. Отсюда, обозначая через с_к суммарную концентрацию катализатора, получим

k₁c_A(c_K – c_AK) = k₂c_AK.

Найдем из этого уравнения концентрацию промежуточного соединения

c_AK = ;

и подставим в выражение скорости реакции (ввиду того, что продукты последней стадии одновременно являются продуктами суммарной реакции, скорость данной реакции равна скорости последней стадии):

v = k₃c_AKc_B = .

Уравнение указывает на существование двух предельных случаев:

1) если k₁c_A << k₂, то v = c_Ac_Bc_K; 2) если k₂ << k₁c_A то v = k₃c_Bc_K..

В обоих случаях скорость реакции прямо пропорциональна концентрации катализатора, как это обычно и бывает на практике. Суммарный порядок реакции по исходным веществам различен и принимает значение, равное единице или двум. Вне указанных предельных случаев порядок реакции дробный (1 < n < 2).

Промежуточные вещества, которые нельзя считать находящимися в равновесии с исходными веществами, называются веществами Вант-Гоффа. При рассмотрении кинетики реакций с промежуточными веществами Вант-Гоффа часто используется метод стационарных концентраций, т. е. предполагается, что концентрация промежуточного вещества с течением времени остается постоянной.

Дата добавления: 2014-01-05