Понятие о катализе и катализаторах

серы (IV) или окисление аммиака в азотную кислоту с помощью платинового катализатора.

Примером отрицательного катализа является замедление взаимодейст­вия раствора сульфита натрия с кислородом воздуха в присутствии этилового спирта или уменьшение скорости разложения пероксида водорода в присут­ствии небольших количеств серной кислоты. Отрицательный катализ часто называют ингибированием, а отрицательные катализаторы, снижающие ско­рость реакции, – ингибиторами (механизм действия последних отличен от действия катализаторов).

Химические реакции, протекающие при участии катализаторов, назы­ваются каталитическими. Различают два вида катализа – гомогенный (од­нородный) и гетерогенный (неоднородный) катализ.

При гомогенном катализе реагирующие вещества и катализатор обра­зуют однофазную систему – газовую или жидкую, между катализатором и реагирующими веществами отсутствует поверхность раздела. Например, ка­талитическое разложение пероксида водорода в присутствии раствора солей (жидкая фаза). Для гомогенного катализа установлено, что скорость химиче­ской реакции пропорциональна концентрации катализатора.

При гетерогенном катализе реагирующие вещества и катализатор об­разуют систему из разных фаз. В этом случае между катализатором и реаги­рующими веществами существует поверхность раздела. Обычно катализатор – твердое вещество, а реагирующие вещества – газы или жидкость. Приме­ром может служить окисление аммиака (газообразная фаза) в присутствии платины (твердая фаза). Все реакции при гетерогенном катализе протекают на поверхности катализатора. Поэтому активность твердого катализатора за­висит и от свойств его поверхности (размера, химического состава, строения и состояния). На поверхности катализатора имеются активные центры, реа­гирующие вещества адсорбируются на них, происходит деформация моле­кул, ослабевают связи между атомами и молекулы становятся активными.

Механизм действия катализаторов обычно объясняют образованием промежуточных соединений с одним из реагирующих веществ. Рассмотрим схему действия катализатора на следующем примере:

1. Основной химический процесс:

А + В = АВ; SO₂ + ½O₂ = SO₃

2. Образование промежуточного соединения одного из исходных ве­
ществ с катализатором NO:

К + В = КВ; NO + ½O₂ = NO₂

3. Взаимодействие промежуточного соединения со вторым исходным
веществом и освобождение катализатора:

КВ + А = АВ + К; NO₂ + SO₂ = SO₃ + NO (катализатор)