Каталитические реакции (катализ)
Каталитическими называются реакции, протекающие с участием катализаторов-веществ, не входящих в стехиометрическое уравнение и остающихся после реакции неизменными. Катализаторы вступают в промежуточное химическое взаимодействие с участками реакции, а после реакции выделяются. Катализаторы сильно влияют на скорость реакции: положительный катализ – увеличивают скорость реакции; отрицательный катализ – понижают скорость реакции. Вещества, в присутствии которых скорость реакции уменьшается, называются ингибиторами. Если катализатором является один из продуктов реакции, то реакция называется автокаталитической. Реакция восстановления окси железа катализируется железом. Каталитические реакции широко распространены в природе и промышленности. Различают: 1) гомогенный катализ 2) гетерогенный катализ При гомогенном катализе все вещества находятся в общей фазе, включая катализатор. Реакция окисления SO2 в присутствии окси азота NO: При гетерогенном катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах, а каталитическая реакция протекает на поверхности раздела фаз.
Свойства катализаторов
Свойства катализаторов: (kt) 1) катализатор не влияет на положение термодинамического равновесия, т.е на величину константы равновесия
2) катализаторы обладают избирательностью (или селективностью действия). Каждый катализатор может ускорять лишь некоторые реакции. Ni – катализатор реакции гидрирования V2O5 – катализатор реакции окисления Для каталитического действия обычно достаточно малое количество катализатора. Влияние kt на скорость процесса характеризуется удельной каталитической активностью, за меру которой принимается скорость реакции в присутствии kt, отнесенная к единице количества kt (гомогенный катализ) или к единице поверхности kt (гетерогенный катализ).
Механизм действия kt очень сложный. В присутствии kt: 1) снижается величина Eакт; 2) увеличивается скорость реакции; 3) kt может вызвать цепные реакции; 4) делает более вероятным протекание некоторых реакций. Рассмотрим влияние катализатора на кинетику химических реакций на примере гомогенно-каталитической бимолекулярной односторонней реакции Константа равновесия образования активного комплекса
Скорость реакции в присутствии катализатора
Из уравнения (1.86) значение
Концентрация свободного катализатора
Из уравнения (1.86) выразим отношение
Подставим это значение
Уравнение (1.90) показывает, что скорость гомогенно-каталитической бимолекулярной реакции пропорциональна концентрации катализатора Анализ уравнения: 1) при малых значениях
Общий порядок реакции по исходным веществам – второй, а по веществам A или B – первый. 2) если значение
При этом реакция протекает по нулевому порядку (по исходным веществам). 3) при средних значениях Если каталитическая реакция протекает в две стадии с образованием неустойчивого промежуточного соединения AK то скорость реакции выражается уравнением (1.90)
В присутствии катализатора может протекать термодинамически возможная реакция по новому пути с образованием других продуктов
или При образовании активного комплекса в присутствии катализатора энтропия активации уменьшается в присутствии kt по сравнению с энтропией активации без kt. Это приводит к уменьшению константы скорости реакции. Т.о., увеличение константы скорости реакции может быть связана только с уменьшением энергии активации реакции. Константа скорости реакции образования активного комплекса может быть рассчитана по формуле
k - const Больцмана h - const Планка T - температура
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|