13.11
Изучение механизмов и кинетики реакции помогает исследователям оптимизировать скорость реакции. Повышение температуры или концентрации увеличит скорость, но также может привести к разложению или образованию побочных продуктов при слишком большом увеличении. В качестве альтернативы в реакционную смесь может быть добавлено химическое вещество, которое увеличивает скорость реакции без постоянного изменения или расходования.
Эти вещества называются катализаторами и влияют на константу скорости, изменяя энергию активации. Напомним, что чем выше энергия активации, тем медленнее скорость реакции. Следовательно, многие химические реакции, такие как разложение водной перекиси водорода, протекают медленно.
Добавление катализатора снижает энергию активации, обеспечивая альтернативный механизм реакции, не влияя на энергетические состояния исходных веществ и продуктов. Катализаторы бывают двух типов гомогенные и гетерогенные. Гомогенный катализатор существует в той же фазе, что и исходные вещества.
Например, бромид натрия добавляют к водному раствору перекиси водорода, чтобы ускорить его разложение на газообразный кислород и воду. Во-первых, ионы брома реагируют с перекисью водорода в кислой среде с образованием оранжевого раствора водного брома и воды. Затем водный бром и перекись водорода вступают в реакцию с высвобождением ионов брома, на которые указывает бесцветный раствор.
Ионы брома, характерные для катализатора, ускоряют реакцию, но остаются неизрасходованными и не присутствуют в чистом сбалансированном уравнении. Гетерогенный катализатор существует в отличном от исходных веществ агрегатном состоянии. Гетерогенный катализ характеризуется четырьмя основными этапами адсорбцией, диффузией, реакцией и десорбцией.
Например, реакция гидрирования ненасыщенного газообразного этена в этан ускоряется мелкодисперсным палладием на угле. Здесь катализатор находится в твердом состоянии, а исходные вещества в газообразной форме. Во время этого гетерогенного катализа молекулы этена и водорода адсорбируются на поверхности катализатора.
Связь водород-водород разрывается, позволяя атомам водорода диффундировать по поверхности катализатора. Когда диффундирующие атомы водорода сталкиваются с адсорбированными молекулами этена, они реагируют с образованием насыщенного этана. Впоследствии продукты десорбируются и удаляются с поверхности металла, оставляя неизрасходованный катализатор.
Наличие катализатора влияет на скорость химической реакции. Катализатор – это вещество, которое может увеличить скорость реакции без потребления во вр…
© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.