Зависимость скорости химической реакции от катализатора

Катализатор – это вещество, изменяющее скорость химической реакции, количество которого в результате реакции остается неизменным. Изменение скорости химической реакции в присутствии катализаторов называется катализом. Реакции, скорость которых можно изменить при помощи катализаторов, называются каталитическими. Катализаторы, замедляющие скорость химической реакции, называются ингибиторами. Например, тетраэтилсвинец Pb(C₂H₅)₄ – противодействует детонации топлива в двигателях внутреннего сгорания. Вещества, усиливающие действие катализатора называются промоторами. Вещества, подавляющие действие катализатора называются каталитическими ядами; биологические катализаторы называются ферментами.

Механизм катализа может быть различным. По теории промежуточных соединений катализатор (К) с одним из реагирующих веществ (А) образует промежуточное соединение АК (активированный комплекс) с более низким значением энергии активации, способное к более эффективному взаимодействию с другим веществом (В).

А + В АВ

А + К АК

АК + В АВ + К

Таким образом, катализатор разбивает реакцию на промежуточные стадии; при этом образуется ряд неустойчивых промежуточных соединений – активированных комплексов. Например, самопроизвольный процесс разложения пероксида водорода идет медленно: Н₂О₂ Н₂О + 1/2О₂ Е_а = 75 кДж/моль.Использование катализатора MnO₂ увеличивает скорость реакции (Е_а = 49 кДж/моль), за счет образования активированного комплекса MnO₃ :

Н₂О₂ + MnO₂ H₂O + MnO₃

MnO₃ MnO₂+ 1/2O₂ H₂O₂ + MnO₂ H₂O + MnO₂ + 1/2O₂

Катализатор снижает энергию активации, разбивая реакцию на ряд промежуточных стадий.

Катализатор может быть специфичен для однотипных реакций, например, V₂O₅ ускоряет реакции окисления SO₂, NH₃ и т.д. Он может быть и универсален, т.е. может изменять скорости разных реакций, например,

2SO₂ + O₂ 2SO₃; CH₂ = CH₂ + H₂ CH₃ – CH₃. Катализатор может изменять не только скорость химической реакции, но и ее механизм.