Влияние катализатора на скорость химической реакции

Многие реакции можно значительно ускорить путем введения некоторых веществ, состав и количество которых остается неизменным к концу реакции. Эти вещества навивают катализаторами, а явление изменения скорости реакции под их влиянием –катализом.

Различают гомогенный игетерогенный катализ. В случае гомо­генного катализа реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе (газ, раствор), в случае гетерогенного катализа – в разных фазах (твердое вещество в газовой среде, или в растворе).

Примером гомогенного катализа может служить реакция окисле­ния оксида серы (IV) кислородом воздуха, значительно ускоряющая­ся в присутствии оксида азота (IV).

Газовая смесь водорода и кислорода при внесении тонкораздробленной пластины реагирует со взрывом

Это взаимодействие является примером гетерогенной каталитичес­кой реакции.

В большинстве случаев действие катализатора объясняется образованием промежуточных соединений (активированных комплексов сучастием катализатора) со значительно меньшей затратой энер­гии, чем при образовании активированных комплексов, возникающих без катализатора. Иначе говоря, действие катализатора связано со снижением энергии активации реакции.

Влияние катализатора на скорость реакции можно рассмотреть на примере взаимодействия веществ А и В (рис.2)

Без катализатора взаимодействие этих веществ идет с малой скорость в силу высокой энергии активации образования активиро­ванного комплекса А...В (рис.2. кривая 1)

Введение катализатора () обуславливает протекание процесса по другому пути.

Катализатор вступает во взаимодействие с одним из реагирую­щих веществ, например, с веществом А, образуя соединение. Это взаимодействие протекает через образование активированного комплекса при меньшей энергии активации

Соединение в силу малой энергии активация легко взаимодей­ствует с веществом В, образуя вещества АВ и К.

Как видно из рис.2 участие катализатора в образовании ак­тивированных комплексов снижает энергию активации взаимодействия веществ А и В на величину, оставаясь в результате реакции без изменения.

Примером снижения энергии активации реакций с участием катализатора может служить гомогенная реакция термического разложенияуксусного альдегида

При температуре 518° С энергия активации этой реакции в отсутст­вие катализатора равна 201 кДж/моль, а в присутствии паров йода энергия активации снижается до 136,5 кДж/моль. При скорости реакции возрастает в 10000 раз.

Увеличение скорости реакции за счет катализатора рассчитывается по уравнению Аррениуса.

Если энергия активации реакции в отсутствие катализатора обозначить, а энергию активации этой жe реакции в при­сутствии катализатора, то при постоянной температуре константы скорости соответственно выражаются уравнениями

Увеличение скорости реакции определяется отношением констант

тогда

или

Дата добавления: 2014-10-23