Энергия активации реакции разложения иодоводорода

Условия протекания реакции - без катализатора-168кДж/моль

                                               - катализатор Аu - 105 кДж/моль

                                               - катализатор Pt - 59 кДж/моль

       Действие катализаторов специфично: ускоряя протекание одной реакции, катализатор может оказаться неэффективным для другой. Так, для окисления оксида серы(1У) в оксид серы(У1) в качестве катализатора используют оксид ванадия (У), который эффективен при окислении аммиака до оксида азота (II).

       Активность катализаторов может изменяться при добавлении некоторых веществ.

Посторонние вещества, которые резко снижают действие каализатора, называют каталитическими ядами. Например, в производстве серной кислоты оксид мышьяка (У) является ядом для катализатора, поэтому оксид серы(1У) тщательно очищают от соеди- нений мышьяка.

       Вещества, повышающие активность катализаторов, называ­ть промоторами. Так, каталитическая активность оксида ванадия (V) V₂О₅по отношению к реакции окисления оксида серы (1У) повышается при добавлении небольших количеств щелочи.

       Взависимости от агрегатного состояния реагирующих веществ и катализаторов различают гомогенный и гетерогенный катализ.

       При гомогенном катализе катализатор и реагирующие вещества находятся в одной фазе (газовой или жидкой) и между ними существует поверхность раздела, как, например, при окислении сила серы(1У) до оксида серы(У1) в присутствии оксида азота(П),образовании простых и сложных эфиров в присутствии минеральных кислот.

       Механизм гомогенного катализа объясняет теория промежточных соединений, согласно которой в присутствии катализа ра реакция протекает с его участием и в несколько стадий. Так, если реакция

       А + В = АВ

без катализатора протекает медленно вследствие большой энергии активации, то катализатор К вступает во взаимодействие с одним из исходных веществ, например А, образуя промежуточное соединение АК:

       А + К = АК

       Эта реакция протекает быстро, так как ее энергия активации невелика. Образовавшееся промежуточное соединение АК по той же причине легко реагирует со вторым исходным веществом образуя конечный продукт АВ и катализатор К, который вновь участвует в реакции.

       Например, действие катализатора оксида азота (II) при окислении оксида серы(1У) можно схематически представить так:

       SО₂+ 1/2О₂ = SО₃без катализатора протекает медленно

       N0 — катализатор

       NO+ 1/2О₂ = NО₂- промежуточное соединение

 

       N0₂+ S0₂= S0₃+ NO

 

       Катализатор принял участие в процессе, но в итоге остался неизменным.

       Таким образом, ускорение реакции под действием катализатора происходит благодаря тому, что скорость отдельных стадий во много раз больше скорости суммарной реакции окисления оксид серы(1У) в оксид серы(У1).

       При гетерогенном катализе катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах (обычно катализатор — твердое вещество, реагирующие вещества — газы или жидкости), как например, в реакциях окисления аммиака в присутствии платины, оксида серы(1У) в присутствии оксида ванадия(У).

       Все реакции при гетерогенном катализе протекают на поверх­ности катализатора, поэтому активность твердого катализатора зависит от химического состава, строения, состояния и площади его поверхности.

       Поверхность катализатора неоднородна. Полагают, что на ней имеются активные центры, на которых главным образом и проте­кают каталитические реакции. При этом реагирующее вещество, например водород, адсорбируется на этих центрах, в результате чего в адсорбированных молекулах ослабляются связи между атомами и увеличиваются расстояния между ними. Мо­лекулы становятся более реакционноспособными. Для того чтобы реакция началась, потребуется меньшая энергия активации, чем для той же реакции, но без катализатора.

       Таким образом, снижение энергии активации, необходимой для протекания реакции, является главной причиной ускоряю­щего действия катализаторов. Показателен тот факт, что с уча­стием катализатора реакции протекают при температуре более низкой, чем без него.

       Велика роль катализаторов в химическом производстве. Их используют при получении серной кислоты, синтетического кау­чука, лекарственных препаратов, жидкого топлива из угля, син­тезе аммиака, переработке нефти и природного газа и т. д. При­менение катализаторов позволяет интенсифицировать многие технологические процессы, осуществлять их при более низкой температуре. Поиски новых, более совершенных катализаторов способствуют повышению производительности труда и сниже­нию себестоимости продукции.

       Широко распространены каталитические реакции и в приро­де. Все биохимические превращения в живых организмах — синтез белков, обмен веществ — протекают в присутствии биологиче­ских катализаторов — ферментов, которые будут рассмотрены в курсе органической химии.

       Но имеется целый ряд веществ, которые понижают скорость химической реакции. В две пробирки нальем разбавленную со­ляную кислоту, в одну из них добавим немного уротропина (его можно купить в аптеке). В каждый раствор опустим предвари­тельно зачищенный железный гвоздь. В кислоте гвоздь раство­ряется, покрываясь пузырьками выделяющегося водорода. В присутствии уротропина выделение водорода практически не наблюдается.

Вещества, которые снижают скорость химической реакции, называют ингибиторами.

Вопросы и задания

 

· Укажите, от каких факторов зависит скорость химической реакции. Приведите примеры.

· Влияет ли катализатор на значение теплового эффекта реакции?

· При температуре 20 ⁼С некоторая реакция заканчивается за 40 мин. Вычислите, через какое время закончится эта реакция при темпера­туре 80 °С. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2.

· Скорость реакции С (тв.) + 2С1₂ (г.) = СС1₄ (ж.) при постоянном объеме и увеличении количества вещества реагентов в 4 раза возрастает в:

       а) 32 раза; б) 16 раз; в) 8 раз; г) 4 раза.