Катализа и катализатори


Категория на документа: Химия


Катализа
I. Катализатори. Катализа
1. Определение за катализатори и катализа
1. Катализаторите са вещества, които активно участват в химичните реакции, изменят скоростта им, претърпяват в хода на реакцията промени, но в края на реакцията се възстановяват.
2. Катализа - явление, при което химичните реакции забавят или ускоряват скоростта си под действието на катализатори, а самите реакции - каталитични.
Опит I - Да проверим опитно каталитичното действие на водата върху химичната реакция между йод и алуминий.
Върху азбестирана мрежа смесваме равни количества алуминий на прах и стрит йод. При тяхното смесване не се наблюдават никакви промени. Ако обаче върху сместа прибавим 1-2 капки вода и я похлупим с голяма чаша, след известно време протича екзотермична реакция, а чашата се изпълва с виолетови пари (отровни са).
2Al + 3I2 кат. H2O 2ALI3
Опит II - Разлагане на водороден пероксид с помощта на кат. Манганов диоксид.
2H2O2 кат.MnO2 2H2O + O2
За първи път понятията катализатор и катализа са въведени от Берцелиус, който е изследвал каталитичния процес:
2H2 + O2 Pt 2H2O
2. Видове катализа - в зависимост от агрегатното състояние на катализаторите и реагиращите вещества, катализата бива:
1. Хомогенна - когато катализаторът и реагиращите вещества са в едно и също агрегатно състояние т.е. образуват еднородна (хомогенна) смес. Хомогенната катализа е харакнерна за редица газови реакции.
Например: горене на въглероден оксид, с помощта на катализатор водни пари.
H2O + CO to CO2 + H2
(газ) (газ)
Друг пример за хомогенна катализа е разлагането на водороден пероксид с помощта на железен трихлорид (разтвор).
2H2O2 кат.(FeCl3) CO2 + O2
(течно) (течно)
2. Хетерогенна катализа - когато катализаторът и риагирашите вещества са в различно агрегатно състояние, т.е. образуват хетерогенна система. Тази катализа се нарича още контактна. При нея за катализатори се използват твърди вещества, а реакцията се извършва между газове или между течности.
Пример:
2H2O2 кат.MnO2 2H2O + O2
3. Автокатализа - когато реакцията се катализира от един от своите продукти.
Пример:
Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO2 + 3H2O
Катализатор са нитритните аниони NO2-
Те се получават при взаимодействието на:
NO2 + H2O HNO3 + HNO2
Получената азотиста киселина е нетрайна и се дисоциира на:
HNO2 H+ + NO2-
NO2- - катализатор
3. Видове катализатори:
1. Отрицателни(инхибитори) - те забавят химичната реакция. Пример за инхибитори са: барбитуровата киселина, която забавя разлагането на водороден пероксид, уротропин, който забавя корозията на желязото.
2. Положителни катализатори - те ускоряват химичната реакция. Пример: диванадиев пентаоксид при окисляването на серен диоксид; Желязото при амонячната синтеза, никелът при хидрирането на мазнини
2SO2 + O2 V2O5 2SO3
N2 + H2 Fe 2NH3

3. Биокатализатори (ензими) - сложни вещества съставени от белтъчна част апоензим и небелтъчна част кофактор. Те са в основата на всички биохимични процеси при растителните и животински организми. Примери за ензимна катализа са усвояването от храната на въглехидрати, мазнини и белтъци в човешкия организъм с помощта на ензимите амилаза, липаза и пепсин.

II. СЪЩНОСТ НА КАТАЛИТИЧНОТО ДЕЙСТВИЕ
Прибавянето на катализатор към дадена реакционна система има за резултат нарастване или намаляване на скоростната константа, тъй като катализаторът не оказва влияние върху концентрацията на реагиращите вещества. Доказано е, че този резултат се дължи на промяната на активиращата енергия на реакцията. Начинът по който се променя активиращата енергия, т.е. механизмът на каталитичното действие е различен при хомогенната и хетерогенната катализа.
При хомогенната катализа най-често е валидна т.нар. теория на междинните съединения. Нека да се разгледа моделната реакция:

А + В = С + Q
която може да протече в присъствие на катализатор К . Приема се , че катализаторът променя реакционния път, при което се получават междинни съединения и след това те по-нататък се разпадат, а катализаторът се възстановява, регенерира се:

I етап : А + К = АК + q1

II етап : АК + В = С + К + q2
Това е един двустадиен процес и неговата скорост се определя скоростта на по-бавния етап - скоростоопределящия етап. Същественото е, че ако например катализаторът е положителен, то скоростта на по-бавния (скоростоопределящият) етап е значително по-голяма, отколкото скоростта на некатализираната реакция.



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Катализа и катализатори 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.