13.11
Badanie mechanizmów i kinetyki reakcji pomaga naukowcom zoptymalizować szybkość reakcji. Wzrost temperatury lub stężenia przyspieszy tempo, ale może również prowadzić do rozkładu lub produktów ubocznych, gdy jest zbyt duży.
Alternatywnie, do mieszaniny reakcyjnej można dodać substancję chemiczną, która przyspiesza szybkość reakcji bez trwałej zmiany lub zużycia. Substancje te nazywane są katalizatorami i wpływają na stałą szybkości poprzez zmianę energii aktywacji.
Przypomnijmy, że im wyższa energia aktywacji, tym wolniejsze tempo reakcji. W związku z tym wiele reakcji chemicznych, takich jak rozkład wodnego roztworu nadtlenku wodoru, przebiega powoli.
Dodanie katalizatora obniża energię aktywacji, zapewniając alternatywny mechanizm reakcji bez wpływu na stany energetyczne reagentów i produktów.
Istnieją dwa rodzaje katalizatorów – jednorodne i niejednorodne.
Jednorodny katalizator występuje w tej samej fazie co reagenty. Na przykład bromek sodu dodaje się do wodnego roztworu nadtlenku wodoru, aby przyspieszyć jego rozkład na gazowy tlen i wodę.
Po pierwsze, jony bromkowe reagują z nadtlenkiem wodoru w środowisku kwaśnym, tworząc pomarańczowy roztwór wodnego roztworu bromu i wody. Następnie wodny roztwór bromu i nadtlenku wodoru reagują i uwalniają jony bromkowe wskazane przez bezbarwny roztwór. Charakterystyczne dla katalizatora jest to, że jony bromkowe przyspieszają reakcję, ale pozostają niezużyte i nie pojawiają się w równaniu bilansu netto.
Niejednorodny katalizator występuje w innym stanie fizycznym w porównaniu z reagentami. Kataliza heterogeniczna charakteryzuje się czterema podstawowymi etapami - adsorpcją, dyfuzją, reakcją i desorpcją.
Na przykład reakcja uwodornienia nienasyconego gazu etenowego do etanu jest przyspieszana przez drobno zdyspergowany pallad na węglu drzewnym. Tutaj katalizator występuje w stanie stałym, podczas gdy reagenty są w postaci gazowej.
Podczas tej niejednorodnej katalizy cząsteczki etenu i wodoru adsorbują się na powierzchni katalizatora. Wiązanie wodór-wodór pęka, umożliwiając atomom wodoru dyfuzję na powierzchni katalizatora.
Kiedy dyfundujące atomy wodoru napotykają zaadsorbowane cząsteczki etenu, reagują, tworząc nasycony etan. Następnie produkty ulegają desorpcji i odsuwają się od powierzchni metalu, pozostawiając nienaruszony katalizator.
Obecność katalizatora wpływa na szybkość reakcji chemicznej. Katalizator to substancja, która może zwiększyć szybkość reakcji, nie ulegając zużyciu w…
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.