Влияние катализаторов

Роль катализаторов в химии исключительно велика. Многие важнейшие химические производственные процессы основаны на применении ка­тализаторов, в частности синтез высокомолекулярных соединений, являющийся основой производства пласти­ческих масс. Большую роль катализаторы играют при воспламенении и горении веществ. Влияние посторонних веществ на скорость химической реакции было замечено в начале XIX в. Впервые его наблюдал русский ученый К. С. Кирхгоф, установивший в 1811 г., что серная кис­лота ускоряет процесс превращения крахмала в сахар. Большое значение имело открытие В. Деберейнера, уста­новившего в 1823 г., что при направлении струи водорода на губчатую платину, представляющую собой мелкораз­дробленный металл, водород загорается и что для его воспламенения не требуется никакого подвода энергии. В 1835 г. И. Я. Берцелиус предложил для веществ, ак­тивизирующих процесс, название катализаторы (ката-лио — развязываю).

Катализаторы — вещества, которые могут активизи­ровать реакцию или изменять ее скорость, но не изменя­ют саму реакцию, ее направление, иначе говоря катали­заторы изменяют (понижают положительный катализ или повышают отрицательный) энергию активации про­цесса. Видимого участия в реакции катализаторы не при­нимают и остаются неизменными и качественно, и коли­чественно.) Катализаторы, замедляющие процесс (т. е. повышающие его энергию активации), называются инги­биторами.

Различают два вида катализа: гомогенный и гетерогенный. При гомогенном катализе катализатор и то ве­щество, которое участвует в реакции, образуют гомоген­ную смесь.

Ускоряющее влияние катализаторов при гомогенном катализе объясняется теорией промежуточных реакций, иначе — образованием промежуточного комплекса. Так, реакция между веществами А и В протекает по схеме

А + В = АВ

При добавлении катализатора К. реакция пойдет с образованием промежуточного комплекса по схеме

А + К = [АК]

который взаимодействует с веществом В; при этом об­разуются вещество АВ и катализатор в свободном виде

[АК] + В = АВ + К

Такой комплекс обычно нельзя выделить в свобод­ном виде, так как процесс с его участием (образование и взаимодействие со следующим компонентом реакции) идет мгновенно. Количество применяемого катализатора не является стехиометрическим; для ускорения процесса часто достаточно лишь его следов.

При гетерогенном катализе агрегатное состояние ка­тализатора отличается от состояния реагирующих ве­ществ. Например, для ускоренного разложения Н₂О₂ (жидкость) в качестве катализатора применяют МnО₂ (твердое вещество).

Основную роль в гетерогенном катализе, особенно ес­ли катализатор находится в твердой фазе, а реагирую­щие вещества — в растворенном или газообразном со­стоянии, играет адсорбция, т. е. поглощение молекул реа­гирующих веществ поверхностью катализатора.

Для увеличения поверхности катализаторы обраба­тывают специальными методами: измельчают, наносят на пористый материал, готовят в виде смеси с каким-либо компонентом, который затем растворяют, получая при этом катализатор в виде губчатой массы, и т. п. В качестве пористых материалов используют активный уголь, асбест, пемзу, кизельгур и т. п.

Отрицательные катализаторы — ингибиторы, замед­ляющие течение реакции, также имеют важное значе­ние. Их применяют для предотвращения коррозии ме­таллов, самовозгорания некоторых веществ, детонации топлива в двигателях внутреннего сгорания и др. Ин­гибиторы находят большое применение как средства пожаротушения и подавления взрывов паро-газовоздушных смесей. Наиболее эффективными ингибиторами и пер­спективными огнетушащими средствами являются тетра-фтордибромэтан (фреон 114 В2) и трифторбромметан (фреон ЗВ1).

Дата добавления: 2014-01-07