Катализатор это в химии кратко

Обновлено: 02.07.2024

КАТА́ЛИЗ (от греч. ϰατάλυσις – раз­ру­ше­ние), уве­ли­че­ние ско­ро­сти или ини­ции­ро­ва­ние хи­мич. ре­ак­ции в при­сут­ст­вии ве­ществ ( ка­та­ли­за­то­ров ), мно­го­крат­но всту­паю­щих в про­ме­жу­точ­ное хи­мич. взаи­мо­дей­ст­вие с уча­ст­ни­ка­ми ре­ак­ции и вос­ста­нав­ли­ваю­щих свой хи­мич. со­став по­сле ка­ж­до­го цик­ла этих взаи­мо­дей­ст­вий. За­мед­ле­ние или прак­ти­че­ски пол­ное по­дав­ле­ние хи­мич. ре­ак­ции в при­сут­ст­вии ве­ществ, всту­паю­щих во взаи­мо­дей­ст­вие с уча­ст­ни­ка­ми ре­ак­ции и за­тем вос­ста­нав­ли­ваю­щих свой со­став, на­зы­ва­ют ин­ги­би­ро­ва­ни­ем, а со­от­вет­ст­вую­щие ве­ще­ст­ва – ин­ги­би­то­ра­ми хи­ми­че­ских ре­ак­ций . Спо­соб­ность ка­та­ли­за­то­ра из­ме­нять ско­рость ре­ак­ции ха­рак­те­ри­зу­ют его ка­та­ли­тич. ак­тив­но­стью: от­но­ше­ни­ем ско­ро­сти ка­та­ли­зи­руе­мой ре­ак­ции, т. е. чис­ла ка­та­ли­зи­руе­мых пре­вра­ще­ний мо­ле­кул реа­ген­тов в еди­ни­цу вре­ме­ни, к мас­се или объ­ё­му ка­та­ли­за­то­ра. Осо­бый вид К. – ав­то­ка­та­лиз , ко­гда хи­мич. про­цесс ус­ко­ря­ет­ся ко­неч­ны­ми или про­ме­жу­точ­ны­ми про­дук­та­ми ре­ак­ции. Яв­ле­ния К. рас­про­стра­не­ны в при­ро­де и ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в пром-сти. Боль­шин­ст­во хи­мич. ре­ак­ций яв­ля­ют­ся ка­та­ли­ти­че­ски­ми. При­ро­да ве­ществ, спо­соб­ных вы­пол­нять роль ка­та­ли­за­то­ров, мо­жет быть очень раз­но­об­раз­ной.

Катализ – это процесс изменения скорости химической реакции при помощи катализаторов – веществ, принимающих участие в химической реакции, но в состав конечных продуктов не входящих и в результате реакции не расходующихся.

Одни катализаторы ускоряют реакцию (положительный катализ), другие – замедляют (отрицательный катализ). Отрицательный катализ называют ингибированием, а катализаторы, понижающие скорость химической реакции – ингибиторами.

Различают гомогенный и гетерогенный катализ.

Гомогенный катализ.

При гомогенном (однородном) катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в одинаковом агрегатном состоянии и между ними отсутствует поверхность раздела. Пример гомогенного катализа – реакция окисления SO2 и SO3 в присутствии катализатора NO (реагирующие вещества и катализатор являются газами).

Гетерогенный катализ.

В случае гетерогенного (неоднородного) катализа реагирующие вещества и катализатор находятся в различных агрегатных состояниях и между ними существует поверхность (граница) раздела. Обычно катализатор – твердое вещество, а реагирующие вещества – жидкости или газы. Пример гетерогенного катализа – окисление NN3 до NO в присутствии Pt (катализатор – твердое вещество).

Механизм действия катализаторов

Действие положительных катализаторов сводится к понижению энергии активации реакции Еа(исх), действие ингибиторов – противоположное.

Так, для реакции 2HI = H2+I2 Еа(исх)=184 кДж/моль. Когда же эта реакция протекает в присутствии катализатора Au или Pt, то Еа(исх)=104 кДж/моль, соответственно.

Механизм действия катализатора при гомогенном катализе объясняется образованием промежуточных соединений между катализатором и одним из реагирующих веществ. Далее промежуточное соединение реагирует со вторым исходным веществом, в результате чего образуется продукт реакции и катализатор в первоначальном виде. Так как скорость обоих промежуточных процессов значительно больше скорости прямого процесса, то реакция с участием катализатора протекает значительно быстрее, чем без него.

SO2 +1/2 O2 = SO3 протекает очень медленно, а если использовать катализатор NO

то реакции NO +1/2О2 = NO2 и NO2 +SO2 = SO3 +NO протекают быстро.

Механизм действия катализатора при гетерогенном катализе иной. В этом случае реакция протекает вследствие адсорбции молекул реагирующих веществ поверхностью катализатора (поверхность катализатора неоднородна: на ней имеются так называемые активные центры, на которых и адсорбируются частицы реагирующих веществ.). Увеличение скорости химической реакции достигается, в основном, за счет понижения энергии активации адсорбированных молекул, а также, отчасти, за счет увеличения концентрации реагирующих веществ в местах, где произошла адсорбция.

Каталитические яды и промоторы.

Некоторые вещества снижают или полностью уничтожают активность катализатора, такие вещества называют каталитическими ядами. Например, небольшие примеси серы (0,1%) полностью прекращает каталитическое действие металлического катализатора (губчатого железа), использующегося при синтезе аммиака. Вещества, повышающие активность катализатора, называют промоторами. Например, каталитическая активность губчатого железа значительно возрастает при добавлении примерно 2% метаалюмината калия KAlO2.

Применение катализаторов

реакции этанола в зависимости от катализаторов

Действие катализатора избирательно и специфично. Это означает, что, применяя различные катализаторы, из одних и тех же веществ можно получить различные продукты. Это особенно характерно для реакций органических веществ. Например, в присутствии катализатора AlO3 происходит дегидратация этилового спирта, в присутствии Cu – дегидрирование:

Биологические катализаторы, принимающие участие в сложных химических превращениях, протекающих в организме, называются ферментами.

Катализаторы широко используются в производстве серной кислоты, аммиака, каучука, пластмасс и др. веществ.

Катализ – это реакция, ускоренная с помощью специального соединения – катализатора. Он применяется во многих природных и промышленных реакциях.

В 1835 г. шведский ученый Йёнс Якоб Берцелиус предположил, что некоторые вещества могут влиять на скорость реакций. Их он назвал катализаторами. Химик считал, что они могут уменьшать прочность связей и ускорять реакции.

Что такое катализ?

Что такое катализ

Каждому катализатору свойственна избирательность, т. е. способность влиять не на все реакции. Эта особенность позволяет использовать катализ в практических целях.

По данным современных исследований катализатор формирует комплекс с реагентами, который укрепляется с помощью химических связей. Позже он распадается на продукт и катализатор.

Некоторые вещества в нормальных условиях не реагируют между собой. Например, молекулы водорода и оксида углерода не вступают во взаимодействие, т. к. атомы водорода прочно сцепляются друг с другом. Катализатор помогает молекулам-реагентам сблизиться и сформировать новые химические связи. Затем комплекс, содержащий катализатор, перегруппировывается.


Научные доклады

Что такое катализатор?

Катализаторы представляют собой вещества, способные ускорять химические реакции некоторых продуктов и не входят в их состав. Существуют также и биологические катализаторы – ферменты, ускоряющие химические реакции в живых организмах.

Например, пероксид водорода, попав на ранку или царапину, начинает сильно шипеть и пузыриться. Это и есть действие катализатора. В момент выделения, кислород оказывает дезинфицирующие свойства — из ранки вместе с пеной удаляются загрязнения. Шипение происходит потому, что в крови содержатся вещества, ускоряющие разложение пероксида водорода.

Какая роль катализаторов?

В жизни человека катализаторы очень играют важную роль. Ферменты применяют с давних времен в сыроварении, хлебопечении, кожевничестве, пивоварении, виноделии.

Без катализаторов невозможно превратить в маргарин растительное масло, изготовить кулинарный жир, другие пищевые продукты. С их помощью очищают газообразные отходы промышленных предприятий и удаляют разнообразные токсичные соединения, выхлопные газы.

В ХХ веке ученые научились при помощи каталитических методов получать органические материалы, нитрилы, эфиры, олефины, кислоты для производства пластмасс, пропан, стирол, бутан, бутен.

Промышленные кислотные катализаторы незаменимы при нефтепереработке, для получения ароматических углеводородов и парафинов. Новейшей технологией по их применению является технология получения высокооктановых видов бензина, а также этилированного топлива.

Читайте также: