Исторически сведения Всяко вещество, което увеличава скоростта на даден

Катализа
Тема 8

Исторически сведения
Всяко 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 сведения
Други 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 Ostvalds
1853 – 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 реакции
Според 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 реакции
Активираща енергия (Еа*) на реакция без катализатор и каталитична реакция
Разглеждаме 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