Гомогенный катализ. Механизм действия катализатора. Энергетические диаграммы для некаталитической и каталитической реакции
Понятие о гомогенном катализе. Механизм действия катализатора. Энергетические диаграммы для некаталитической и каталитической реакции.
Катализом называют явление изменения скорости термодинамически возможной химической реакции под влиянием катализаторов – веществ, участвующих в реакции, но остающихся в неизменном количестве и составе после ее завершения.
Все каталитические процессы подразделяют на две группы. К гомогенному катализу относятся процессы, в которых реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе и образуют гомогенную систему, например некоторые газофазные каталитические реакции, многие каталитические реакции в растворах. Примером гомогенной каталитической реакции является окисление оксида серы (IV) кислородом в присутствии оксида азота (VI)
Основным положением теории каталитических процессов является представление об образовании неустойчивых промежуточных соединений катализатора с реагирующими веществами. Для описания механизма протекания каталитических реакций в настоящее время используют две концепции. Одна из них соответствует слитной (одностадийной) схеме катализа, другая – стадийной (раздельной) схеме катализа.
Согласно слитной теории катализа, некаталитическая реакция типа А + В = Р
В присутствии катализатора К проходит по схеме А + В + К D (АВК) ¹ ® Р + К
Здесь (АВК) ¹ -активированный комплекс исходных веществ и катализатора. Этот процесс в присутствии катализатора проходит в одну стадию и его скорость описывается кинетическим уравнением: r = k СА СВ СК
Бесплатная лекция: "Содержание" также доступна.
Энергетическая диаграмма каталитической для некаталитической и каталитической реакции. В присутствии катализатора процесс идет с меньшей энергией активации.
Чаще протекают каталитические реакции, осуществляемые по стадийной схеме. В соответствии с этой схемой вещества-реагенты последовательно взаимодействуют, образуя на каждой стадии соответствующий активированный комплекс:
1)А + К D (АК)¹ ®АК
2)АК + В D (АКВ)¹ ® Р + К согласно записанным уравнениям, промежуточное соединение АК может превратиться по обратной реакции с константой скорости k—1 в исходное вещество и катализатор или в продукты реакции Р и катализатор по второй реакции (константа скорости k2.
Каталитические реакции протекают по слитной и стадийной схемам, обычно в разных температурных интервалах. По слитной схеме часто осуществляются гомогенные каталитические реакции при температурах 300…400К и ферментативные реакции. По стадийной схеме протекают, как правило гетерогенные каталитические реакции при температурах 600…800К.
Обе приведенные схемы отражают общую и характерную особенность механизма протекания каталитических реакций, а именно цикличность . в каталитических реакциях один и тот же активный центр или молекула катализатора может многократно (103-1011раз) вступать в химическое взаимодействие с молекулами реагента.
