Явление катализа. Гетерогенный катализ. Основные стадии гетерогенного катализа

Катализаторы – в-ва, ускор. хим. реакции. Катализаторы действуют избирательно на каждую реакцию, т.е. подбирая соотв. катализатор можно направить процесс по желаемому пути. Катализаторы в конечном итоге не расходуются. А + В  АВ (медленно). Образование промежуточного соединения (А + К  АК; АК + В  АВ + К) – быстрее, чем без катализатора.Катализаторы снижают энерг. барьер, кот. нужно преодолеть для прохождения данной реакции. Чем ниже энерг. барьер, тем выше V_реакц т.к больше молекул способны его преодолеть. Катализаторы не влияют на тепловой эффект процесса. Катализ бывает гомогенный или гетерогенный. В первом случае катализатор находится в одной фазе с реагирующими веществамивами 2СО_(Г) + О_2(Г)  (Н₂О_(Г)) 2СО_2(Г) – гомогенный катализ. Во 2-м случае катализатор образует самостоятельную фазу 2H₂O_2(Ж)  (Pt_(К)) 2H₂O_(Ж) + O_2(Г) – гетерогенный катализ.

При фиксированной температуре реакция возможна, если взаимодействующие молекулы обладают определенным запасом энергии. Аррениус эту избыточную энергию назвал энергией активации, а сами молекулы активированными.

По Аррениусу константа скорости k и энергия активации E_a связаны соотношением, получившим название уравнения Аррениуса: k=Ze^-Ea\RT Здесь Z – число столкновений, R – универсальная газовая постоянная, T – абсолютная температура. Таким образом, при постоянной температуре скорость реакции определяет E_a. Чем больше E_a, тем меньше число активных молекул и тем медленнее протекает реакция. При уменьшении E_a скорость возрастает, а при E_a = 0 реакция протекает мгновенно. Затрачиваемая на перевод начальных продуктов в активное состояние энергия затем полностью или частично вновь выделяется при переходе к конечным продуктам. Разность энергий начальных и конечных продуктов определяет ΔH реакции, которая от энергии активации не зависит. Таким образом, по пути из исходного состояния в конечное система должна преодолеть энергетический барьер. Только активные молекулы, обладающие в момент столкновения необходимым избытком энергии, равным E_a, могут преодолеть этот барьер и вступить в химическое взаимодействие. С ростом температуры увеличивается доля активных молекул в реакционнной среде.

Изменить величину E_a можно с помощью катализаторов. Вещества, принимающие участие, но не расходующиеся в процессе реакции, назваются катализаторами. Само это явление называется катализом. В зависимости от того, находится ли катализатор в той же фазе, что и реагирующие вещества, или образует самостоятельную фазу, говорят о гомогенном или гетерогенном катализе. Механизм каталитического действия для них не одинаков, однако, и в том и в другом случае происходит ускорение реакции за счет снижения E_a, т. е. образуются частицы промежуточного соединения AK (катализатора с реагентами), затем активный комплекс AKB и конечные продукты с регенерацией катализатора. Следовательно, каталитический путь оказывается кинетически более выгодным, чем прямое взаимодействие исходных веществ. Существует ряд специфических катализаторов – ингибиторов, снижающих скорость реакции.

Дата добавления: 2015-04-24