Характерні особливості каталізаторів

КАТАЛІЗ

Каталіз – вплив речовини на реакцію, який вибірково змінює її кінетику, але зберігає її стехіометрію і термодинамічні умови. Цей вплив полягає в заміні одних елементарних процесів іншими, циклічними, в яких приймає участь ця речовина. Каталізатор в кінцевому результаті в ході реакції не змінюється та не зсуває рівновагу.

Каталітичні реакції дуже поширені в природі. Швидкість всіх біохімічних процесів регулюється біологічними каталізаторами – ферментами.

За фазовою ознакою розрізняють:

• гомогенний каталіз – реакції в газах і розчинах, коли каталізатор і реагенти утворюють одну фазу;

• гетерогенний каталіз – реакції на межі поділу фаз принципова відмінність якого від гомогенного полягає в тому, що стадії перетворення передує адсорбція, а властивості каталітично активних ділянок залежать від властивостей поверхні твердого тіла;

• мікрогетерогенний каталіз – каталіз ферментами і колоїдами. Особливість мікрогетерогенного каталізу полягає в тому, що реакційна система є розчином, але розміри молекул реагентів набагато менше розмірів макромолекул каталізатора і має місце адсорбція як в гетерогенних системах.

Активність каталізаторів часто визначають числом обертів. Для гомогенних систем це швидкість каталітичної реакції, віднесена до концентрації каталізатора, а для гетерогенних – до числа центрів на одиниці поверхні (а оскільки кількість активних центрів визначити важко, то просто до одиниці поверхні) каталізатора. В гомогенному каталізі ця величина приблизно дорівнює одиниці або менше, в комплексному і гетерогенному – до 10⁴, а в ферментному – до 10⁵. Швидкість реакції за наявності каталізатора дорівнює сумі швидкостей каталітичної і некаталітичної стадій. Оскільки швидкість останньої звичайно суттєво менше, тому її не враховують.

Каталізатори мають ряд загальних характерних особливостей:

1. Каталізатор не впливає на загальну стехіометрію реакції, він бере хімічну участь у процесі, витрачається на одній стадії і регенерується на іншій.

2. Каталізатор зменшує енергію активації реакції, завдяки чому збільшується її швидкість

k = A ∙e^–Ea/(RT).

3. Каталізатор не впливає на константу рівноваги, він тільки скорочує час досягнення рівноваги, однаково збільшуючи швидкість прямої та зворотної реакцій

K = k_пр/k_зв.

4. Для всіх каталізаторів характерні такі загальні властивості, як специфічність і селективність дії.

Специфічність каталізатора полягає в його здатності прискорювати лише одну реакцію або групу однотипних реакцій і не впливати на швидкість інших реакцій.

Селективність каталізатора – здатність прискорювати лише одну з можливих за даних умов паралельних реакцій. Завдяки цьому стало можливим, використовуючи різні каталізатори, з одних й тих самих вихідних речовин одержувати різні продукти:

[Cu]: CO + Н₂ ® СНзОН [Аl₂О₃]: С₂Н₅ОН ® С₂Н₄ + Н₂О,

[Ni]: CO + Н₂ ® СН₄ + Н₂О [Сu]: С₂Н₅ОН ® СН₃СНО + Н₂.

Рис.Енергетична діаграма хімічної реакції без каталізатора і в присутності каталізатора

Дата добавления: 2015-05-23