2018-01-21
494
Катализатор -вещество, изменяющее скорость химической реакции, но остающееся неизменным после того, как химическая реакция заканчивается.
Влияние катализаторов на скорости реакций называется катализом. Когда реагенты и катализатор находятся в одном агрегатном состоянии, то речь идет о гомогенном катализе. При гетерогенном катализе реагенты и катализатор находятся в разных агрегатных состояниях (обычно, катализатор - в твердом, а реагенты – в жидком или газообразном).
Механизм действия катализаторов (упрощенный).
В ходе катализируемой химической реакции происходит образование промежуточных продуктов (образование связи между катализатором и реагирующим веществом).
А +В = АВ,
Реакция без катализатора идет очень медленно, а при добавлении катализатора К, о реагирует с одним из исходных веществ (например, с А), образуя очень непрочное и реакционноспособное промежуточное соединение АК:
А + К = АК,
Это промежуточное соединение реагирует с другим исходным веществом В, образуя конечный продукт АВ и катализатор выходит в первоначальном виде:
|
|
|
АК + В = АВ + К.
Катализатор может участвовать в реакции бесконечное число раз. Но следует учесть, что в реакциях могут присутствовать соединения, понижающие активность катализатора. Такие вещества называется каталитическими ядами, а сам процесс – отравлением.
Гомогенный катализ
2SO2 + O2= 2SO3 (1),
(А + В = АВ),
Катализатор – NO.
O2 + 2NO = 2NO2 (2),
(В + К = ВК),
2NO2 + 2SO2 = 2SO3+ 2NO (3),
(ВК + А = АВ + К).
Гетерогенный катализ.
При гетерогенном катализе происходит адсорбция реагирующих веществ поверхностью катализатора (она неоднородна, и здесь расположены активные центры, под действием которых связь между атомами реагентов ослабляется, молекула деформируется, а иногда даже распадается).
2SO2 + O2 = 2SO3,
Катализатор V2O5, Pt.
SO2 + V2O5 = SO3 + 2VO2,
2VO2 + ½ O2= V2O5.
Для катализатора характерна избирательность действия (определенный катализатор для определенной реакции). Подбор оптимальных катализаторов является насущной проблемой многих производств: переработка газов, крекинг углеводородов, нефтяная промышленность, получение полимеров, каучука и т. д.
В живой природе катализаторы также играют большую роль, только называются они ферментами.
Вопрос
Состояние, в котором скорость обратной реакции становится равной скорости прямой реакции, называется химическим равновесием.
Количественно такое состояние характеризуется константой равновесия. Для обратимой реакции можно записать так:
Где в соответствие с законом действующих масс скорость прямой реакции v1 и обратной v2 будут выглядеть следующим образом:
|
|
|
v1= k1[A]m[B]n,
v2= k2[C]p[D]q.
В момент достижения химического равновесия скорости прямой и обратной реакции становятся одинаковыми:
k1[A]m[B]n= k2[C]p[D]q,
или
K = k1/k2=([C]p[D]q)/([A]m[B]n),
где К – константа равновесия, показывающая отношение прямой и обратной реакций.
Те концентрации, которые останавливаются при равновесии, называются равновесными концентрациями. Следует помнить, что значения степеней m,n,p,q равны стехиометрическим коэффициентам в равновесной реакции. Численное значение константы равновесия определяют выход реакции. При К>>1 выход продуктов велик, а при К<<1 – очень мал.
Выход реакции – отношение количества получаемого в действительности продукта к тому количеству, которое получилось бы при протекании этой реакции до конца (выражается в процентах).
Химическое равновесие не может сохраняться бесконечно долго. В действительности, изменение температуры, давления или концентрации реагентов, могут сместить равновесие в ту или иную сторону.
Изменения, происходящие в системе в результате внешних воздействий, определяются принципом подвижного равновесия – принципом Ле Шателье:
Внешнее воздействие на систему, находящуюся в состоянии равновесия, приводит к смещению этого равновесия в направлении, при котором эффект произведенного воздействия ослабляется.
Т.е. изменяется соотношение между скоростям прямой и обратной реакции.
Принцип применим не только к химическим, но и к физическим процессам, такими как плавление, кипение и др.
