post

Катализа. Катализатори. Инхибитори и активатори

плакат на междузвездни войни

Някои процеси в природата протичат спонтанно за секунди, а други бавно за часове, дни и дори години. Оказва се обаче, че върху скоростта им може да се влияее (да се ускорят или забавят) с помощта на определени вещества. Те се наричат с общото название катализатори, а процесът на изменение на скоростта на химичните реакции, в който участват – катализа.

Катализатори

Катализаторите са вещества, които променят скоростта на химичните реакции, като в края на процеса излизат количествено и качествено непроменени. Те могат да ускоряват само термодинамично възможните реакции и не могат да инициират невъзможни процеси. Ако една реакция не може да се осъществи, то няма катализатор, който да я накара да протече. При обратимите реакции катализаторът влияее в еднаква степен както на скоростта на правата реакция, така и на тази на обратната реакция.

Съществуват катализатори, които ускоряват повече от една по вид реакция. Например платината (Pt) се използва в ускоряването на много видове химични реакции и синтези, в това число и при получаването на амоняк (NH3) от азот и водород. Съществуват реакции, които могат да се ускоряват с повече от един вид катализатор. В посоченият по-горе пример, синтезирането на амоняк може да се катализира и от катализатор желязо(Fe).

Ако едни и същи реагенти могат да дават различни продукти, т.е. участват в различни реакции, то даден катализатор може да ускорява само една от тези реакции. Това свойство да катализаторите, да влияят на скоростта на една от няколко възможни реакции, се нарича селективност. Например амоняк (NH3) в присъствието на молекулен кислород реагира (O2) и се образуват молекулен азот (N2) и вода (H2O). Но при наличие на катализатор платина протича друга възможна реакция, при която вместо азот и вода се образуват азотен оксид (NO) вода.

Съществуват реакции, в които някой от крайните продукти може да се окаже катализатор и да ускори процеса. Това явление е познато като автокатализа.

Катализаторите, които забавят химичните реакции се наричат инхибитори. Съществуват и вещества познати като каталитични отрови, които деактивират катализаторите и спират тяхното каталитично действие.

Катализаторите притежават различна ефикасност при ускоряването на катализираните процеси и тя се определя от каталитичната активност на съответният катализатор.
Съществуват вещества под общото название промотори или активатори, които подобряват каталитичната активност. Те могат да се използват в промишлените производства с цел намаляване разходите. Отново в примера с амоняка, желязото е по-малко ефективният катализатор, но и по-евтиният от двата. Неговата активност може да се подобри значително с помощта на K2O и Al2O3.

Видове катализа

1. Според вида на катализаторите, катализата бива киселинно-основна, металокомплексна и биокатализа.

При киселинно-основната катализа, киселинни катализатори са водородни катиони, метални катиони и молекули на неорганични киселини, а основни катализатори са хидроксилни аниони и молекули на органични основи (амини и др.).

Катализатори при металокомплексната катализа, както показва названието и, са комплекси на различи метали.

Съществува и специална група катализатори с биологичен произход, които осъществяват биокатализата. Те се наричат ензими и участват в регулацията на метаболитните процеси в живите организми.

2. Катализата е положителна, когато се увеличава скоростта на химичните реакции, а когато скоростта се намалява, катализата е отрицателна.

3. Според фазата на реактивите и катализаторите, катализата бива хомогенна и хетерогенна.

Когато катализаторът има същото агрегатно състояние (най-често течно) като това на веществата от катализираната реакция то казваме, че имаме хомогеннокаталитичен процес (хомогенна катализа). Скоростта на хомогеннокаталитичните реакции е правопропорционална на концентрацията на катализатора.

Когато катализаторът е в твърдо агрегатно състояние, а веществата в катализираните реакции са течни или газообразни то казваме, че че имаме хетерогеннокаталитичен процес (хетерогенна катализа). Скоростта на хетерогеннокаталитичните процеси е правопропорционална на повърхността на твърдия катализатор.

Механизъм на каталитичното действие

Химичните реакции като цяло са възможни, защото получените вещества са енергетично по-стабилни от изходните. За да протече една химична реакция обаче трябва да се преодолее определена енергетична бариера, т.е. да се достигне до дадено ниво на активираща енергия, при което започват да се осъществят ефективни сблъсъци между частиците на реагентите. При тези сблъсъци се формират молекулите на продуктите. Катализаторът увеличава скоростта на взаимодействие, като променя механизма на химичната реакция, намалявайки стойностите на активиращата енергия за съответните химични процеси, в които участва.

катализа

механизъм на катализирана и некатализирана реакция

Когато изходните вещества достигнат активиращата енергия, те взаимодействат помежду си и се формира активен комплекс, в който старите връзки все още не са напълно разкъсани, а новите не са напълно образувани. При катализираните реакции катализаторът участва в образуването на активния комплекс заедно с реагиращите вещества, като енергията за образуване на общия активен комплекс е по-ниска от енергията на активиране на некатализираната реакция. Катализаторът спомага за осъществяването на реакцията по друг алтернативен и енергетично по-изгоден път с по-висока скорост, при същата температура, т.е. катализаторът променя пътя на химичната реакция и намалява енергията на активация на дадената реакция.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *