USD 100.0324

+0.66

EUR 106.2024

+1.1

Brent 72.82

+0.82

Природный газ 3.234

+0.05

, Обновлено 23 октября 12:44
84172

Катализ

При этой реакции катализатор сам не претерпевает никаких изменений

Катализ

Катализ – это процесс изменения скорости химической реакции при помощи катализаторов.
Катализатор - это химическое вещество, добавляемое в реакцию для ускорения или замедления скорости реакции.
При этой реакции катализатор сам не претерпевает никаких изменений.

Характеристики каталитической реакции

  • в конце реакции масса и химический состав катализатора остаются неизменными;
  • для реакции требуется лишь небольшое количество катализатора;
  • катализатор не начинает реакцию, а может только изменять скорость уже происходящей реакции;
  • катализатор не изменяет положение равновесия в обратимой реакции;
  • Катализатор имеет способность селективности - направлять реакцию на получение определенного продукта. При использовании разных катализаторов в реакциях между одними и теми же реагентами получаются разные продукты.
Cataliz 23.jpg

Катализаторы снижают энергию активации переходного состояния реакции, предоставляя альтернативный путь для реакции.
Энергия активации - это минимальная энергия, необходимая для протекания реакции.
Катализаторы ориентируют реагирующие частицы таким образом, что между ними происходят более успешные столкновения.
Катализаторы также образуют промежуточный комплекс, реагируя с реагентами.
Образование этого комплекса требует меньшей энергии для образования продукта, что и ускоряет реакцию.
Хотя катализатор участвует в промежуточном комплексе, в конце он снова высвобождается.

Типы каталитических реакций

Гомогенный катализ

  • катализатор и реагент остаются в одной фазе;
  • катализатор либо остается равномерно диспергированным в газовой фазе, либо растворяется в реагенте;
  • число столкновений между реагентом и катализатором максимально;
  • используются в различных промышленных приложениях. Они позволяют увеличить скорость реакции без повышения температуры.
Примеры: Разложение озона.
Озон образуется при поглощении молекулами кислорода ультрафиолетового света.
2 → 2О3​
Озон - относительно нестабильная молекула, которая разлагается с образованием 2 -атомного кислорода.
О3 → О2 + О
Оксид азота (NO) действует как катализатор в разложении озона.

НЕТ + О3 → НЕТ2 + О2
NO2 + О3 → NO + 2О2
Оксид азота реагирует и регенерируется после разложения озона.
Поскольку он не расходуется в реакции, он действует как катализатор.
Поэтому скорость разложения озона выше в присутствии оксида азота из-за каталитической активности NO.
Реакция окисления SO2 и SO3 в присутствии катализатора NO (реагирующие вещества и катализатор являются газами).

Cataliz 23 1.jpg

Гетерогенный (неоднородный) катализ

  • реагирующие вещества и катализатор находятся в различных агрегатных состояниях и между ними существует поверхность (граница) раздела;
  • катализатор остается твердым, в то время как реагенты являются газообразными или жидкими;
  • катализатор не растворяется в реагирующей смеси. Вместо этого каталитическое действие происходит путем адсорбции, где катализатор действует как адсорбент, а реагент действует как адсорбат.
  • техпроцесс происходит в 4 этапа:
    • молекулы реагентов прикрепляются или адсорбируются на поверхности катализатора посредством химической связи,
    • адсорбированные реагенты активируются,
    • адсорбированные реагенты превращаются в продукты на поверхности катализатора,
    • после образования продукта молекулы продукта покидают поверхность катализатора. Диффузия продукта с твердой поверхности в газовую или жидкую фазу - это десорбция.
Примеры:
Получение SO3 контактным способом в присутствии катализатора V2O5.
2SO2 + O2 → 2SO3​
Окисление NN3 до NO в присутствии Pt (катализатор - твердое вещество).
catal 23 2.jpg

Ферментативный катализ

Это техпроцесс, в котором скорость реакции изменяется в присутствии фермента.
Фермент:
  • это белковая молекула, которая действует только на определенный субстрат;
  • имеет активный центр, к которому присоединяются молекулы субстрата и преобразуются в продукты;
После преобразования молекулы продукта отсоединяются от фермента, который остается неизменным.
Фундаментальный механизм ферментативного катализа следует модели индуцированного соответствия:
  • фермент (E) связывается со своей специфической молекулой субстрата (S), образуя комплекс фермент-субстрат (комплекс ES);
  • субстрат преобразуется в комплексе ES;
  • продукты (P) диссоциируют из комплекса, оставляя фермент неизменным.
Пример:
Разложение перекиси водорода (H2O2 ) на кислород (O2 ) и воду (H2O) в присутствии каталазы.
H2O2 → O2 + H2O

Кислотно-щелочной катализ

  • скорость химической реакции изменяется путем добавления кислоты или основания;
  • сама кислота или основание не расходуются в реакции;
  • кислота и основание не требуются вместе для каждой реакции;
  • реакции кислотно-специфичные известны как кислотный катализ, основно-специфичные - основной катализ.
  • механизм техпроцесса - по теории Бренстеда-Лоури:
    • протоны могут переходить от кислотного катализатора к реагенту или от реагента к основному катализатору,
    • электроны также могут переходить от основного катализатора к реагенту или от реагента к кислотному катализатору.
Пример
Разложение сахарозы на глюкозу и фруктозу в присутствии серной кислоты (H2SO4)
С12Н22О11 → С6Н12О6 + С6Н12О6​​​​​​​​​​​​​
Одни катализаторы ускоряют реакцию (положительный катализ), другие – замедляют (отрицательный катализ).
Отрицательный катализ называют ингибированием, а катализаторы, понижающие скорость химической реакции – ингибиторами.


Новости СМИ2




Подпишитесь на общую рассылку

лучших материалов Neftegaz.RU

* Неверный адрес электронной почты

Нажимая кнопку «Подписаться» я принимаю «Соглашение об обработке персональных данных»