3.2.Каталіз.

Швидкість хімічної реакції змінюється за наявності деяких речовин. Наприклад, швидкість реакції розкладу хлорату калію (бертолетової солі) збільшує оксид марганцю (IV) МnО₂:

Швидкість реакції сполучення алюмінію з йодом зростає за наявності води:

Визначення. Речовини, які змінюють швидкість реакції, але не входять до складу продуктів реакції, називають каталізаторами. Зміна швидкості хімічної реакції за наявності каталізаторів – це каталіз. Реакції, швидкість яких можна змінити за допомогою каталізаторів, називають каталітичними.

Кількість каталізатора, що вводять в систему, як правило, набагато менша за кількість реагуючих речовин. Каталізатор може змінювати швидкість реакції в багато разів.

Механізм каталізу. Вважається, що каталізатор утворює з однією з реагуючих речовин проміжну активну нестійку сполуку, яка розкладається в процесі реакції. Наприклад, реакція між речовинами А і В протікає повільно. Внаслідок взаємодії каталізатора К з речовиною А утворюється активна нестійка проміжна сполука АК:

А + К = АК.

Ця сполука легше і швидше взаємодіє з речовиною В, ніж А з В:

АК + В = АВ + К.

У результаті утворюється речовина АВ і каталізатор у вільному стані.

Класифікація каталізаторів. Розрізняють кілька груп каталізаторів.

Специфічні та універсальні каталізатори. Дія деяких каталізаторів специфічна: каталізатор, який прискорює одну реакцію, буває зовсім неефективним для іншої. Каталізатор може змінювати не лише швидкість хімічної реакції, але й її механізм. З однієї речовини, використовуючи різні каталізатори, можна одержати різні продукти реакції. Наприклад, з етилового спирту за наявності оксиду алюмінію одержують етилен і воду:

за наявності порошку міді – водень і оцтовий альдегід:

Існують каталізатори з груповою специфічністю. Ці каталізатори прискорюють однотипні реакції. Наприклад, оксид ванадію (V) V₂ прискорює реакцію окиснення таких речовин, як SO₂, NН₃ та ін.

Якщо один і той же каталізатор змінює швидкість різних реакцій, його називають універсальним. Так, платина як універсальний каталізатор використовується в багатьох реакціях, наприклад у реакціях оксиду сірки (IV) з киснем:

і етилену з воднем:

Гомогенні та гетерогенні каталізи.

Розрізняють гомогенний та гетерогенний каталізи. Під час гомогенного каталізу каталізатор знаходиться в тому ж агрегатному стані, що й реагуюча речовина (газоподібному або рідкому).

У разі гетерогенного каталізу каталізатор перебуває в іншому агрегатному стані, наприклад каталізатор – тверда речовина, а реагуючі речовини – гази.

Під час гетерогенного каталізу реакції відбуваються на поверхні каталізатора, тому їх швидкість залежить від площі та властивостей поверхні. Каталізатор абсорбує молекули реагуючих сполук і збільшує їх активність.

Каталітичні отрути. Речовини, які зменшують або пригнічують активність каталізаторів, називають каталітичними отрутами. Каталітичні отрути утворюють з каталізаторами малоактивні або нереакційноздатні сполуки.

Застосування каталізу. Каталіз широко використовують у багатьох технологічних процесах, особливо в хімічній промисловості (у виробництві аміаку, азотної та сірчаної кислот, органічному синтезі).

Швидкість багатьох хімічних реакцій, що відбуваються в живих організмах, регулюється біологічними каталізаторами ферментами (особливо білковими молекулами).