Хімія. Поглиблений рівень. Повторне видання. 9 клас. Бутенко
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 44. Загальні відомості про гомогенний і гетерогенний каталіз
У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
- що таке каталіз;
- що таке позитивні і негативні каталізатори;
- чим гетерогенний каталіз відрізняється від гомогенного.
Що таке каталіз. Багато реакцій відбуваються дуже повільно, якщо просто змішати реагенти, але їх можна значно прискорити введенням деяких інших речовин — каталізаторів. Це речовини, що змінюють швидкість хімічної реакції та не витрачаються під час її перебігу.
Каталіз — це зміна швидкості хімічної реакції за наявності певних речовин — каталізаторів.
Позитивні каталізатори прискорюють реакцію, негативні каталізатори, або інгібітори, уповільнюють реакцію.
Інгібітори широко використовують під час хімічного очищення парових котлів від накипу, для зняття окалини з відпрацьованих виробів, а також під час зберігання та транспортування хлоридної кислоти в сталевій тарі. Вони захищають метал від роз’їдання (корозії) кислотою. Інгібіторами корозії служать як органічні речовини, так і неорганічні (силікати, нітрити, дихромати лужних елементів).
Каталізатори поділяють на гомогенні і гетерогенні.
Гомогенний каталіз. Гомогенні каталізатори перебувають у тому самому агрегатному стані, що й реагенти та продукти реакції, тобто в одній фазі (газуватій або рідкій). У такому разі немає поверхні поділу між реагентами й каталізатором.
Формули каталізаторів не записують в рівнянні реакції. Яким же чином вони впливають на швидкість хімічної реакції? Механізм дії каталізаторів різний.
Гомогенний каталіз найчастіше здійснюється внаслідок утворення нестійких проміжних продуктів. Каталізатор багаторазово бере участь у проміжній взаємодії реагентів, але після кожного циклу відновлює свій хімічний склад.
Каталізатор К має легко вступати у взаємодію з однією з реагуючих речовин, наприклад з А:
А + К → АК
Як наслідок проміжна сполука АК має легко взаємодіяти з другою речовиною В з утворенням кінцевої сполуки АВ і вільного каталізатора К:
АК + В → АВ + К
Таким чином, каталізатор К набуває свого початкового складу з одночасним утворенням сполуки АВ.
Прикладом такого типу реакцій є реакція окиснення сульфур(ІV) оксиду до сульфур(VІ) оксиду за наявності нітроген(ІІ) оксиду як каталізатора:
У разі відсутності останнього ця реакція не відбувається.
Механізм цієї реакції описують через утворення нестійкого проміжного продукту ΝΟ2:
2ΝΟ + О2 = 2ΝΟ2
SO2 + NO2 = SO3 + NO
Як бачимо, по закінченні реакції склад каталізатора NO не змінюється, його молекули знову беруть участь у каталізі.
Гетерогенний каталіз. Гетерогенні каталізатори (як правило, тверді речовини) перебувають в іншій фазі, ніж реагенти та продукти реакції (газуваті або рідкі):
Механізм гетерогенного каталізу зумовлений властивістю речовини (твердої або рідкої) поглинати поверхневим шаром інші речовини з розчину або газової суміші. При цьому речовина, яка поглинається поверхнею каталізатора, не проникає в його глибину.
Як правило, прагнуть одержати твердий каталізатор з максимально великою поверхнею. Реагуючі речовини швидко поглинаються саме такою поверхнею. У результаті збільшується кількість активних молекул, тобто таких, у яких послаблюється міцність хімічних зв’язків та відбувається їх подальший перерозподіл. Як наслідок утворюються продукти каталітичної реакції, що надалі видаляються з поверхні каталітора.
Основні поняття. Гомогенний каталіз. Гетерогенний каталіз.
Запитання та завдання
°1. Що називають каталізом?
°2. Які каталізатори називають позитивними, а які — негативними ?
3. Чим гетерогенний каталіз відрізняється від гомогенного?
4. Як площа поверхні гетерогенного каталізатора може впливати на швидкість каталітичної реакції?
5. Роль каталізатора полягає у збільшенні чи зменшенні енергії молекул реагуючих речовин?
6. Чи взаємодіє каталізатор з реагентами та в чому полягає ця взаємодія?
7. Чому формулу каталізатора не записують у рівнянні хімічної реакції, хоча його склад відомий?
8. Наведіть приклади реакцій, які відбуваються з використанням каталізаторів: а) гомогенного; б) гетерогенного.
9. Каталізатори змінюють швидкість хімічних реакцій, тому що змінюється:
- а) температура;
- б) концентрація речовин;
- в) кількість зіткнень молекул;
- г) кількість активних молекул.
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України