Катализа Тема 8
Исторически сведенияВсяко вещество, което увеличава скоростта на даден процес, е "катализатор", термин, получен от гръцки „καταύειν“, което означава :"да развържа," или "да вдигна“. Фразата каталитичен процес е била въведена от Йонс Якоб Берцелиус през 1836, за реакции, които се ускоряват от вещества, които остават непроменени след реакцията. (Jöns Jakob Berzelius) 1779 г. - 1848 г. (68 г.)
Исторически сведенияДруги химици, с принос в катализата, са Александър Мицхерлих, който изследва контактни процеси и Йохан Волфганг Дьоберайнер, който говори за контактна активност и чиято запалка на базата на водород и платинена гъба става огромен търговски успех. През 1820 г. Хъмфри Дейви открива платината като катализатор. През 1880-те, Вилхелм Оствалд от Лайпцигския университет започва систематично проучване на реакциите, които са катализирани от киселини или основи и установява, че химичните реакции имат крайни скорости и че тези скорости могат да се използват за определяне силата на киселини и основи. За тази работа, Оствалд е награден с Нобелова награда за химия през 1909. Wilhelm Ostwald; Vilhelms Ostvalds1853 – 1932 г. (78 г.)
Специфични особености на катализаторите Катализаторът може да въздейства само върху ТД възможни процеси: ΔG<0 при Т,Р = const. (Изобарно-изотермичен процес) или ΔF<0 при Т,V = const. (Изохорно-изотермичен процес). При обратими реакции, катализаторът не измества равновесието и не променя стойността на равновесната константа. Той само ускорява процеса на достигане на химично равновесие.
Специфични особености на катализаторите Катализаторите се внасят в системата в много малки количества, в сравнение с тези на реагиращите вещества. В резултат на взаимодействието, катализаторът остава химически непроменен и не се изразходва. Участието му в процеса не променя стехиометрията на реакцията. Може да настъпи физическа промяна. Например при каталитично разлагане на калиев хлорат (KClO 3 ), катализаторът MnO 2 от кристален преминава във фино диспергиран прах. Положителни и отрицателни катализатори
Специфични особености на катализаторите Действието на катализатора се свежда до понижаване на активиращата енергия (Е а ) за сметка на образувалия се активен комплекс(АК), който се разлага на продуктите на реакцията и катализаторът се регенерира. Катализаторите имат специфично и избирателно действие – даден катализатор може да е добър за една реакция, а за друга – съвършено неефективен. За дадена реакция може да съществува набор от катализатори. Избирателността на катализаторите има особено значение за паралелни реакции. Използвайки различни катализатори, от едни и същи изходни вещества се получават различни продукти. напр. СО + Н 2 – смес от въглеводоророди или алкохоли.
Енергетика на каталитичните реакцииСпоред съвременните теории за обяснение на явлението катализа, положителните катализатори понижават активиращата енергия на химичните процеси. Коя е причината за понижението на активиращата енергия? Счита се, че катализаторът променя хода на реакцията, т.е. променя реакционния път. В редица случаи са доказани и изолирани междинни съединения с участието на катализатора, което дава основание да се приеме, че катализаторът участва в междинни реакции.
Енергетика на каталитичните реакцииАктивираща енергия ( Еа*) на реакция без катализатор и каталитична реакцияРазглеждаме хомогенно-каталитичен процес: А + В С ; v 1 = k. C(A) . C(B); Е а А + К АК ; v 2 = k. C(A) . C(К); Е а > Е а1 АК + В С + К; v 3 = k. C(AК) . C(В); Е а > Е а2 Катализаторът изменя реакционния път на процеса. Новият реакционен път води до ускоряване на реакцията. И двата етапа на новия реакционен път са по-бързи от некаталитичната реакция. По-бавният от тези два етапа определя скоростта на каталитичната реакция. Каталитичното действие се изразява в предоставяне на алтернативен механизъм, включващ различно преходно състояние с по- ниска активираща енергия. Тази теория е известна като теория на междинните съединения. Тя обяснява хомогенно-каталитичните реакции, но може да се използва и при някои случаи на хетерогенно- каталитични реакции.
Енергетика на каталитичните реакции Активираща енергия (Еа*) на реакция без катализатор и каталитична реакция 0>0>
Сподели с приятели: |