Зависимость скорости реакции от катализаторов

Одно из наиболее эффективных средств воздействия на скорость химической реакции – применение катализаторов.

Катализатор – вещество, которое изменяет скорость реакции, а само к концу процесса остается неизменным как по составу, так и по массе. Иначе говоря, в момент самой реакции катализатор активно участвует в химическом процессе, как и исходные вещества, но к концу реакции между ними возникает промежуточное различие – исходные вещества изменяют свой химический состав, превращаясь в продукты, а катализатор выделяется в первоначальном виде.

В чем причина ускорения химической реакции под воздействием катализатора?  Каталитическое действие связано с понижением энергии активации химической реакции в присутствии катализатора за счет его активного участия в образовании промежуточных соединений с исходными веществами.

Например, если реакция:

А₂ + В₂ > 2АВ, (I)

то из-за высокого значения энергии активация совершается с низкой скоростью.

В присутствии катализатора К  механизм реакции изменяется:

А + К = АК (II)

АК + В = АВ + К (III)

Катализатор К легко взаимодействует с одним из исходных веществ А, образуя промежуточное соединение  АК (реакция II). Это вещество быстро реагирует с исходным веществом В (реакция III), образуя продукт АВ и регенерируя катализатор.

Таким образом, действие катализатора сводится к изменению механизма химической реакции, протекающей по энергетически более выгодному пути.

Существуют два вида катализов – гомогенный и гетерогенный.

При гомогенном катализе исходные вещества, продукты и катализатор находятся в одинаковом агрегатном состоянии (газ. жидкость) и между ними отсутствует поверхность раздела.

При гетерогенном катализе катализаторы (обычно твердые вещества) находятся в другом агрегатном состоянии, чем исходные вещества и продукты реакции. Реакция развивается на поверхности твердого катализатора, на котором адсорбируются молекулы исходных веществ. При этом связи внутри адсорбированных молекул ослабевают и они с меньшими энергетическим затратами превращаются в продукты реакции.