Механизм такой реакции можно представить схемой

Механизм действия катализаторов связан с тем, что они образуют промежуточные соединения с исходными реагентами, изменяя тем самым путь реакции и уменьшая энергию активации.

Изменение температуры или интенсивное перемешивание могут перевести реакцию из одной области в другую.

I — кинетическая, II — диффузионная, III — переходная области.

1) Кинетическая область — если скорость диффузии значительно превышает скорость собственно химической реакции. Энергия активации реакции, протекающей в этой области, будет составлять более 60 кДж∙моль^-1 (что характерно для химических реакций). В кинетической области концентрации реагирующего вещества в объеме и на поверхности раздела фаз мало отличаются и практически постоянны.

2) Диффузионная область — скорость собственно химической реакции значительно превышает скорость диффузии и все подведенное к поверхности раздела фаз вещество практически сразу превращается в продукт реакции. Энергия активации в этой области невелика и составляет менее 10 кДж∙моль^-1, что соответствует энергии активации процесса диффузии.

3) Переходная область — скорости диффузии и химической реакции соизмеримы между собой. Опытная энергия активации здесь более 10 кДж∙моль^-1 и увеличивается при понижении температуры.

Основные положения теории катализа. Под катализом понимают процесс изменения скорости химической реакции под действием особых веществ (катализаторов), многократно взаимодействующих с молекулами исходных реагентов с образованием промежуточных продуктов и не расходующихся в реакциях (катализаторы вступают в реакцию на промежуточных этапах и полностью регенерируются по завершении реакции в неизменном виде).

Частным случаем катализа является автокатализ, при котором свойствами катализатора обладает промежуточное соединение или продукты реакции.

Различают гомогенный и гетерогенный катализ. При гомогенном катализе все реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе, при гетерогенном — катализатор составляет отдельную, обычно твердую, фазу.

На рис.17 представлено уменьшение энергии активации каталитической бимолекулярной реакции по сравнению с некаталитической

DE = E₀ - E₁ (40)

а) А + К АК ^¹

б) АК^¹ В + К

Рис.17. Изменение потенциальной энергии в гомогенной каталитической и некаталитической реакциях.

Исключительное значение в гомогенном катализе занимает ферментативный катализ - основа жизнедеятельности животных и растений.

Ферменты состоят либо целиком, либо в основном из белков. Каталитической активностью обладает не вся молекула фермента, а лишь определенный ее участок, называемый активным центром. Активный центр соединяется с молекулой реагирующего вещества, образуя непрочное промежуточное соединение, способное к дальнейшим превращениям. При этом активный центр вступает в соединение только с теми молекулами, структура которых подобна структуре активного центра. Этим, по-видимому, объясняется специфичность действия ферментов.

Для описания кинетики ферментативных реакций используют уравнение Михаэлиса-Ментен. Реакция с одним исходным веществом (субстратом) S, которое превращается в продукт P в присутствии катализатора Е (таким катализатором может быть фермент) описывается схемой

E + S ES E+P

Дата добавления: 2014-11-16