Катализом називається зміна швидкості хімічних реакцій у присутності речовин - каталізаторів. Каталізатори - це речовини, які змінюють швидкість реакції за рахунок участі в проміжному хімічній взаємодії з компонентами реакції, але відновлюють після кожного циклу проміжного взаємодії свій хімічний склад.
Розрізняють позитивний і негативний каталіз. У разі позитивного каталізу швидкість хімічної реакції при введенні каталізатора зростає, наприклад, отримання сірчаної кислоти або окислення аміаку в азотну кислоту за допомогою платини. При негативному каталізі, - навпаки, зменшується, наприклад, уповільнення взаємодії розчину сульфіту натрію з киснем повітря в присутності етилового спирту. Негативний каталіз часто називають інгібуванням, а негативні каталізатори, що знижують швидкість реакції, інгібіторами (механізм дії останніх відмінний від каталізаторів).
Хімічні реакції, що протікають в присутності каталізаторів, називаються каталітичними. На більшість хімічних реакцій може бути надано каталітична дія. Число каталізаторів велике. Їх каталітична активність дуже різна. Вона визначається зміною швидкості реакції, що викликається каталізатором.
Розрізняють два види каталізу - гомогенний (однорідний) і гетерогенний (неоднорідний) каталіз.
При гомогенному каталізі реагуючі речовини і каталізатор утворюють однорідну систему - газову або рідку. У цьому випадку між каталізатором і реагують речовинами відсутня поверхню розділу. Прикладом може служити каталітичне окислення оксиду сірки (IV) оксидами азоту в камерному способі отримання сірчаної кислоти (газова фаза), а також дію різноманітних ферментів в біологічних процесах. Для гомогенного каталізу встановлено, що швидкість хімічної реакції пропорційна концентрації каталізатора.
При гетерогенному каталізі реагуючі речовини і каталізатори утворюють систему з різних фаз. У цьому випадку між каталізатором і реагують речовинами існує поверхню розділу. Зазвичай каталізатор є твердим речовиною, а реагують речовини - газами або рідинами. Наприклад, окислення аміаку (газоподібна фаза) в присутності платини (тверда фаза). Всі реакції при гетерогенному каталізі протікають на поверхні каталізатора. Тому активність твердого каталізатора буде залежати і від властивостей його поверхні (розміру, хімічного складу, будови і стану).
Дія позитивних каталізаторів зводиться до зменшення енергії активації реакції, іншими словами, до зниження висоти енергетичного бар'єру (див. Рис. 22, пунктирна крива).
У присутності каталізатора утворюється активований-ний комплекс з більш низьким рівнем енергії, ніж без нього, а тому швидкість реакції різко зростає.
Механізм дії каталізаторів зазвичай пояснюють утворенням проміжних сполук з одним з реагуючих речовин. Так, якщо повільно протікає реакцію A + B = AB вести в присутності каталізатора K, то каталізатор вступає в хімічну взаємодію з одним з вихідних речовин, утворюючи нетривке проміжне з'єднання:
Реакція протікає швидко, так як енергія активації цього процесу мала. Потім проміжне з'єднання АК взаємодіє з іншим вихідним речовиною, виділяючи каталізатор До в вільному стані:
Енергія активації цього процесу також мала, а тому реакція протікає з достатньою швидкістю. Якщо тепер обидва процеси, що протікають одночасно, підсумувати, то отримаємо остаточне рівняння вже швидко протікає реакції:
Поверхня каталізатора неоднорідна. На ній є так звані активні центри, на яких, головним чином, і протікають каталітичні реакції. Реагують речовини адсорбуються на цих центрах, в результаті чого збільшується концентрація їх на поверхні каталізатора. Це почасти призводить до прискорення реакції. Але головною причиною зростання швидкості реакції є сильне підвищення хімічної активності адсорбованих молекул. Під дією каталізатора у адсорбованих молекул послаблюються зв'язки між атомами і вони робляться більш реакційноздатними. У цьому випадку реакція прискорюється завдяки зниженню енергії активації (в тому числі за рахунок утворення поверхневих проміжних сполук).
Деякі речовини знижують або повністю знищують активність твердого каталізатора. Такі речовини називаються каталітичними отрутами.
Як приклад можна привести сполуки миш'яку, ртуті, свинцю, ціаніди, до яких особливо чутливі платинові каталізатори.
Однак є й такі речовини, які підсилюють дію каталізаторів даної реакції, хоча самі каталізаторами не є. Ці речовини називаються промоторами (наприклад, промотування платинових каталізаторів добавками залозами, алюмінію і ін.).
Слід особливо відзначити, що дія каталізаторів вибірково, тому застосовуючи різні каталізатори, можна отримати з одного і того ж речовини різні продукти. Для кожної реакції є свій найкращий каталізатор.
Роль каталізаторів в хімічному виробництві виключно велика. (Наприклад, отримання сірчаної кислоти, синтез аміаку, одержання з твердого вугілля рідкого палива, переробка нафти і природного газу, отримання штучного каучуку і т.д.). Велика роль належить біологічним катализаторам - ферментам - особливим речовинам тваринного або рослинного походження, які є білками. Вони володіють каталітичною дією по відношенню до деяких біохімічних реакцій за рахунок зниження їх черговий інактивації.
Всі теми даного розділу:
Основні закони і поняття хімії
Розділ хімії, що розглядає кількісний склад речовин і кількісні співвідношення (масові, об'ємні) між реагують речовинами, називається стехіометрією. Відповідно з цим,
Хімічна символіка
Сучасні символи хімічних елементів були введені в 1813 р Берцелиусом. Елементи позначаються початковими буквами їх латинських назв. Наприклад, кисень (Oxygenium) позначається буквою О, се
Латинське коріння деяких елементів
Порядковий номер у таблиці періодичної системи Символ Російська назва Латинський корінь
Групові назви елементів
Назва групи елементів Елементи групи Благородні гази He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Галогени
Назви найбільш часто вживаних кислот і кислотних залишків
Формули кислоти Назва кислоти Формула кислотного залишку Назва кислотного залишку Кисневі кислоти
отримання кислот
1. Взаємодія кислотних оксидів (більшості) з водою: SO3 + Н2О = H2SO4; N2O5 + Н2
Номенклатура неорганічних з'єднань (за правилами ІЮПАК)
ІЮПАК - міжнародний союз теоретичної і прикладної хімії. Правила ІЮПАК 1970 р є міжнародною моделлю, за якою створюються номенклатурні правила для хімічних сполук на мові спо
Перші моделі атома
У 1897 р Дж. Томсон (Англія) відкрив електрон, а в 1909р. Р. Маллікен визначив його заряд, який дорівнює 1,6 # 903; 10-19 Кл. Маса електрона складає 9,11 # 903; 10-28 м В
атомні спектри
При нагріванні речовина випускає промені (випромінювання). Якщо випромінювання має одну довжину хвилі, то воно називається монохроматичним. У більшості ж випадків випромінювання характеризується неско
Кванти і модель Бора
У 1900 р М. Планк (Німеччина) висловив припущення, що речовини поглинають і випускають енергію дискретними порціями, названими їм квантами. Енергія кванта Е пропорційна частоті випромінювання (до
Подвійна природа електрона
У 1905 р А. Ейнштейн передбачив, що будь-яке випромінювання являє собою потік квантів енергії, які називаються фотонами. З теорії Ейнштейна випливає, що світло має двоїсту (корпускулярно-хвильову
енергетичні підрівні
Орбітальний квантове число l Форма електронної хмари в підрівні Зміна енергії елект-нейронів в преде-лах рівня
ізотопи водню
Ізотоп Заряд ядра (порядковий номер) Число елект-нейронів Атомна маса Число нейтронів N = A-Z Протій
Періодична система елементів Д.І. Менделєєва та електронна структура атомів
Розглянемо зв'язок між становищем елемента в періодичній системі і електронною будовою його атомів. У кожного подальші-ного елемента періодичної системи на один електрон більше, ніж у всі попередні
Електронні конфігурації елементів перших двох періодів
Атом-ний номер Елемент Електрон-ні кон-фігурації Атом-ний номер Елемент Електрон-ні кон-фігурації
Електронні конфігурації елементів
Пе-ріод Поряд-ковий номер Еле-мент Елект-ронная конфі-гурація Пе-ріод Поряд-ковий номер Еле-мент
Періодичні властивості елементів
Так як електронна будова елементів змінюється періодично, то відповідно періодично змінюються і властивості елементів, що визначаються їх електронною будовою, такі як енергія іонізації,
Визначення хімічного зв'язку
Властивості речовин залежать від їх складу, будови, від типу хімічного зв'язку між атомами в речовині. Хімічна зв'язок має електричну природу. Під хімічним зв'язком розуміють вид
іонна зв'язок
При утворенні будь-молекули, атоми цієї молекули «зв'язуються» один з одним. Причина освіти молекул полягає в тому, що між атомами в молекулі діють електро-статичні сили. освітньої
ковалентний зв'язок
Хімічна зв'язок, здійснювана за рахунок перекривання елек-тронних хмар взаємодіючих атомів, називається кова-лентной зв'язком. 4.3.1. неполярная Коваля
Метод валентних зв'язків (МВС, ВС)
Для глибокого розуміння сутності ковалентного зв'язку, характеру розподілу електронної щільності в молекулі, принципів побудови молекул простих і складних речовин необхідний метод валентних зв'язків
Метод молекулярних орбіталей (ММО, МО)
Хронологічно метод МО з'явився пізніше методу ВС, по-кільки залишалися в теорії ковалентного зв'язку питання, кото-які не могли отримати пояснення методом ВС. Зазначимо Незнач-які з них. як
Основні положення ММО, МО.
1. У молекулі всі електрони є загальними. Сама молекула - це єдине ціле, сукупність ядер і електронів. 2. У молекулі кожному електрону відповідає молекулярна орбіталь, подібно
Гібридизація орбіталей і просторова конфігурація молекул
Тип молекули Вихідні орбіталі атома А Тип гібридизації Число гинув-Рідний ор-біталей атома А Пр
металева зв'язок
Сама назва говорить, що мова піде про внутрішню структуру металів. Атоми більшості металів на зовнішньому енергетичн-ському рівні містять невелику кількість електронів. Так, по одному електрону з
воднева зв'язок
Водневий зв'язок - це своєрідна хімічна зв'язок. Вона виникає між молекулами, до складу яких входить водень і сильно електронегативний елемент. Такими елементами являють-ся фтор, кислор
Взаємодії між молекулами
При зближенні молекул з'являється тяжіння, що обумовлює значну-кість виникнення конденсованого стану речовини. До основ-ним видам взаємодії молекул слід віднести вандерваальсови сили, у
загальні поняття
При протіканні хімічних реакцій змінює-ся енергетичний стан системи, в якій йде ця реакція. Стан системи характеризується термодінамі-тичними парамет-рами (р, Т, з і ін.)
Внутрішня енергія. Перший закон термодинаміки
При хімічних реакціях відбуваються глибокі якісні зміни в системі, рвуться зв'язки у вихідних речовинах і виникають нові зв'язки в кінцевих продуктах. Ці зміни супроводжуються поглинання
Ентальпія системи. Теплові ефекти хімічних реакцій
Теплота Q і робота A функціями стану не є, бо вони служать формами передачі енергії і пов'язані з процесом, а не зі станом системи. При хімічних реакціях А - це робота проти внешнег
термохімічні розрахунки
Термохімічні розрахунки засновані на законі Гесса, що дозволяє розрахувати ентальпію хімічної реакції: парниковий ефект реакції залежить тільки від природи і фізичного стану вихідних речовин
Хімічна спорідненість. Ентропія хімічних реакцій. енергія Гіббса
Мимовільно можуть протікати реакції, супроводжую-щіеся не тільки виділенням, а й поглинанням теплоти. Реакція, що йде при даній температурі з виділенням теплоти, при іншій температу
Другий і третій закони термодинаміки
Для систем, що не обмінюються з навколишнім середовищем ні енергією, ні речовиною (ізольовані системи), другий закон термодинаміки має наступне формулювання: в ізольованих системах са-мо
Поняття про швидкість хімічних реакцій
Швидкістю хімічної реакції називається число елементарних актів реакції, що відбуваються в одиницю часу в одиниці об'єму (в разі гомогенних реакцій) або на одиниці поверхні розділу фаз (в
Залежність швидкості реакції від концентрації реагентів
Щоб атом і молекули змогли вступити в реакцію, необхідно їх зіткнення один з одним, так як сили хімічної взаємодії діють тільки на дуже малій відстані. Чим більше молекул реа
Вплив температури на швидкість реакції
Залежність швидкості реакції від температури визначаються-ється правилом Вант-Гоффа, згідно з яким при вище-ванні температури на кожні 10 градусів швидкість блешні-ства реакцій збільшується в 2
енергія активації
Швидка зміна швидкості реакції зі зміною температури пояснює теорія активації. Чому нагрівання викликає таке значне прискорення хімічних перетворень? Для відповіді на це питання нуж
Хімічна рівновага. Принцип Ле Шательє
Реакції, які протікають в одному напрямку і йдуть до кінця, називаються необоротними. Їх не так багато. Більшість реакцій є оборотними, тобто вони протікають в протилежних направ
Колігативні властивості
Колігативні є властивості розчинів, які залежать від концентрації і практично не залежать від природи розчинених речовин. Вони також називаються загальними (колективними). Т
розчини електролітів
Прикладами розчинів електролітів можуть служити розчини лугів, солей і неорганічних кислот у воді, розчини ряду солей і рідкому аміаку і деяких органічних розчинниках, наприклад ацетоном
У розчинах при 298 К
Концентрація, моль / 1000г Н2О Коефіцієнт активності для електролітів NaCl KCl NaOH KOH
гідроліз солей
Хімічне обмінна взаємодія іонів розчинений-ний солі з водою, що приводить до утворення слабодісcоці-ірующіх продуктів (молекул слабких кислот або підстав, аніонів кислих або катіонів основн
Константи і ступеня дисоціації деяких слабких електролітів
Електроліти Формула Чисельні зна-ня констант дисоціації Ступінь дисоціації в 0,1 н. розчині,% Азотистая кислот
процеси
Окислювально-відновні називають реакції, що супроводжуються зміною ступеня окислення атомів, що входять до складу реагуючих речовин [2].
Окислювально-відновні реакції
Розглянемо основні положення теорії окисно-відновних реакцій. 1. Окисленням називають процес віддачі електронів атомом, молекулою або іоном. Ступінь окислювання при цьому
Найважливіші відновники і окислювачі
Відновлювачі Окислювачі Метали, водень, вугілля Оксид вуглецю (II) СО Сірководень H2S, сульфід натрію Na2S, оксид се
Складання рівнянь окисно-відновних реакцій
Для складання рівнянь окисно-віднови-них реакцій і визначення коефіцієнтів застосовують два методи: метод електронного балансу та іонно-електронний метод (метод напівреакцій).
Визначення комплексних сполук
Такі сполуки, як оксиди, кислоти, основи, солі утворені з атомів в результаті виникнення між ними хімічного зв'язку. Це з'єднання звичайні, або з'єднання першого по
ліганди
До числа лігандів відносяться прості аніони, та-кі як F-, СI-, Вr-, I-, S2-, складні аніони, наприклад CN-. NCS -. NO
Номенклатура комплексних сполук
Назва комплекс-ного катіона записується одним словом, що починається з назви негативного лиганда з додатком літери «о», потім наводяться нейтральні молекули і центральний атом із зазначенням
Дисоціація комплексних сполук
Комплексні сполуки - неелектролітів у водних розчинах дисоціації не піддавалося. У них відсутня зовнішня сфера комплексу, наприклад: [Zn (NH3) 2Cl2], [Co (NH
Константи стійкості комплексів
Для характеристики стійкості (міцності) комплексного іона застосовують також величину, зворотну константі нестійкості. Її називають константою стійкості (КУЩ)
Роль комплексних сполук
Комплексні сполуки широко поширенням країни в природі. До складу багатьох рослин і живих організмів входять з'єднання з макроциклическими лигандами. У спрощеному вигляді тетрадентантний макроцикл пір