Гомогенний каталіз

КАТАЛІТИЧНІ ПРОЦЕСИ

Швидкість хімічної реакції при певній температурі визначається швидкістю утворення активованого комплексу, яка, в свою чергу, залежить від величини енергії активації. У багатьох хімічних реакціях в структуру активованого комплексу можуть входити речовини, які стехіометрично не є реагентами; вочевидь, у цьому випадку змінюється і величина енергії активації процесу. При наявності декількох перехідних станів реакція буде йти переважно по шляху з найменшим активаційним бар'єром. Розрізняють позитивний і негативний каталіз (відповідно збільшення або зменшення швидкості реакції), хоча часто під терміном "каталіз" мають на увазі лише позитивний каталіз; негативний каталіз називають інгібуванням.

Причиною збільшення швидкості реакції при позитивному каталізі є зменшення енергії активації при протіканні реакції через активований комплекс з участю каталізатора (рис).

За рівнянням Арреніуса константа швидкості хімічної реакції знаходиться в експоненційній залежності від величини енергії активації, зменшення останньої веде до значного збільшення константи швидкості. Зменшення енергії активації всього на 50 кДж/моль веде до збільшення швидкості реакції в 27∙10⁵ раз (насправді, внаслідок низки побічних ефектів, таке зменшення енергії активації прискорює реакцію «всього» в 10⁵ раз).

У цьому випадку і реагенти і каталізатор утворюють одну фазу. При цьому каталізатор утворює з реагентами проміжні реакційноздатні продукти. Розглянемо деяку реакцію:

А +В ® С.

Без каталізатора вона проходить в одну стадію, причому процес внаслідок великої енергії активації відбувається повільно. У присутності каталізатора відбуваються дві стадії, в результаті яких утворюються частинки проміжної сполуки АК (швидка стадія) і потім кінцевий продукт реакції з регенерацією каталізатора (повільна стадія):

А + К ↔ АК, АК + В ® С + К.

Енергетичні бар'єри, які треба подолати на кожній з цих стадій, значно менші, ніж для некаталітичного процесу, тому вони відбуваються з більшою швидкістю, ніж некаталітична реакція. Прикладом такого процесу може бути реакція розкладення ацетальдегіду, енергія активації якої Е_А = 190 кДж/моль:

CH₃CHO ® СН₄ + CO.

В присутності парів йоду процес протікає в дві стадії:

СН₃СНО + І₂ ® СН₃І + НІ + CO,

СН₃І + НІ ®СН₄ + І_2.

Зменшення енергії активації цієї реакції в присутності каталізатора складає 54 кДж/моль; константа швидкості реакції при цьому збільшується приблизно в 100000 раз. Найбільш розповсюдженим типом гомогенного каталізу є кислотний каталіз, при якому в ролі каталізатора виступають йони Н⁺.

Існують такі типи гомогенного каталізу: кислотно-основний, окисно-відновний, координаційний, гомогенний газофазний, ферментний.

Дата добавления: 2015-05-23