Общие понятия о катализе. Гомогенный катализ
Увеличение скорости химической реакции с повышением температуры. Реакции в отсутствии катализатора. Процесс смещения химического равновесия. Исследование причин каталитического эффекта. Катализаторы, находящиеся в системе в том же агрегатном состоянии.
| Рубрика | Химия |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.09.2013 |
| Размер файла | 23,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Общие понятия о катализе. Гомогенный катализ
В большинстве случаев скорость химической реакции увеличивается с повышением температуры. Но чрезвычайно эффективным для увеличения скорости химических процессов является применение катализаторов.
Катализом называется явление увеличения скорости реакции в присутствии небольшого количества вещества, которое участвует в реакции, но восстанавливается после каждого цикла химического взаимодействия. А вещество, в присутствии которого скорость реакции возрастает, называется катализатором.
Реакции в отсутствии катализатора обычно именуются термическими:
катализатор химический реакция
А + В Р - термическая реакция,
т.е. такая, скорость которой может увеличена за счет повышения температуры.
Каталитическую реакцию изображают так:
Участие катализатора в реакции заключается в том, что сначала катализатор Kat c одним из реагентов образует высокореакционный комплекс АKat:
А + Kat АKat
Этот комплекс затем быстро реагирует с другим реагентом с образованием продукта и восстановлением катализатора:
В + АKat Р + Kat
Освободившийся катализатор Kat взаимодействует с непрореагировавшей частью А, поэтому в реакционной среде катализатора достаточно немного.
Катализатор не смещает химическое равновесие, но увеличивает скорость прямой и обратной реакции в одинаковое количество раз, т.е. термодинамически выход продукта не возрастает. Однако, на практике состояние равновесия в катализируемой реакции достигается несравненно раньше, что практически и приводит к увеличению выхода продукта и снижению его цены.
Причину каталитического эффекта проще объяснить с помощью энергетического профиля каталитической и термической реакций. Для удобства энергии реагентов в термической реакции и в катализируемой вместе с катализатором будем считать одинаковой, что отразится на диаграмме совмещением энергетических уровней исходного состояния в обоих случаях.
Поскольку состояние равновесия не изменяется в присутствии катализатора, то и энергия конечного состояния в обоих случаях также будет одинаковой. Но энергия переходного состояния отличается.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Согласно рисунку в присутствии катализатора энергия переходного состояния заметно снижается, соответственно уменьшается энергия активации реакции (Екат < Етер). Таким образом, можно заключить, что в присутствии катализатора изменяется путь протекания реакции - реакция идет через другое переходное состояние. Причиной каталитического эффекта является снижение энергии активации реакции под действием катализатора.
Так, если в какой-то реакции энергия активации снижается со 100 кДж/моль до 60 кДж/моль, то это соответствует увеличению скорости реакции в 100000 раз.
В гомогенных каталитических реакциях катализатор и реагенты составляют одну фазу (например, все они газообразные или жидкие), и реакционная масса представляет собой однородную гомофазную среду. Катализаторы, которые находятся в системе в том же агрегатном состоянии, что и реагенты, называются гомогенными.
Примерами газофазных каталитических гомогенных реакций могут быть:
реакции окисления оксида углерода в присутствии паров воды:
2СО + О2 2СО2
разложение ацетальдегида, катализируемое парами иода:
СН3СОН СН4 + СО
Более распространены гомогенные каталитические реакции в жидкой фазе. Например, реакция разложения пероксида водорода, которая ускоряется иодид-ионами:
2Н2О2(р) 2Н2О(ж) + О2
Роль катализатора в растворах могут играть растворители, особенно вода, ионы водорода и гидроксид-ионы. Катализ ионами Н+ и ОН называют кислотно-основным. Например, ионы водорода ускоряют реакцию гидролиза эфиров:
RСООR + H2O RСООH + ROH
Гомогенными также являются многие природные реакции, катализируемые ферментами. Многие процессы, идущие в организме человека, катализируются ферментами, например превращение крахмала в глюкозу, гидролиз эфиров, расщепление белков, разложение пероксида водорода, дегидратация углекислого газа из крови и др. Ферменты являются полимерами (белками) или комплексами полимеров с низкомолекулярными соединениями. Механизм их действия имеет свою специфику, например включает образование комплекса «активный центр фермента-реагент» по типу «замок-ключ». Поэтому ферментативные катализаторы обычно выделяют в особый класс катализаторов. Например, фермент каталаза снижает энергию активации реакции разложения пероксида водорода в 10 раз, а скорость реакции увеличивается в более чем в10000000000 раз.
В некоторых реакциях катализатором является продукт. Поскольку количество продукта возрастает, то суммарный каталитический эффект по мере протекания реакции все время возрастает. Скорость таких реакций со временем не уменьшается, а увеличивается. Такие реакции называются автокаталитическими.
Есть вещества, которые замедляют некоторые реакции. Их иногда называют отрицательными катализаторами. Однако, существует мнение, что механизм их действия принципиально иной, поэтому их следует называть ингибиторами реакций. Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Скорость химической реакции. Классификация каталитических процессов. Гомогенный катализ. Кислотный катализ в растворе. Энергетические профили некаталитического и каталитического маршрутов химической реакции. Активированный комплекс типа Аррениуса.
реферат [151,6 K], добавлен 30.01.2009Предмет термохимии, изучение тепловых эффектов химических реакций. Типы процессов химической кинетики и катализа. Энтальпия (тепловой эффект) реакции. Скорость реакции, закон действующих масс. Константа химического равновесия, влияние катализатора.
презентация [2,2 M], добавлен 19.10.2014Общие теории гомогенного катализа. Стадии процесса катализа и скорость реакции. Кинетика каталитической реакции диспропорционирования пероксида водорода в присутствии различных количеств катализатора Fe2+, влияние pH на скорость протекания реакции.
контрольная работа [1,6 M], добавлен 18.09.2012Видные деятели химии о катализе. Немного о промышленном катализе. Роль катализа в экологии. Энергетический барьер. Прохождение через энергетический барьер. Гомогенный катализ. Гетерогенный катализ. Катализ в биохимии.
курсовая работа [35,3 K], добавлен 26.01.2005Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса и его применение. Теория активных столкновений реагирующих молекул. Основы теории переходного состояния. Кинетика гетерогенных реакций. Особенности гетерогенных процессов. Гомогенный и гетерогенный катализ.
лекция [182,9 K], добавлен 28.02.2009Характеристика химического равновесия. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ, температуры, величины поверхности реагирующих веществ. Влияние концентрации реагирующих веществ и температуры на состояние равновесия.
лабораторная работа [282,5 K], добавлен 08.10.2013Понятие и предмет изучения химической кинетики. Скорость химической реакции и факторы, влияющие на нее, методы измерения и значение для различных сфер промышленности. Катализаторы и ингибиторы, различие в их воздействии на химические реакции, применение.
научная работа [93,4 K], добавлен 25.05.2009Изменение скорости химической реакции при воздействии различных веществ. Изучение зависимости константы скорости автокаталитической реакции окисления щавелевой кислоты перманганатом калия от температуры. Определение энергии активации химической реакции.
курсовая работа [270,9 K], добавлен 28.04.2015Скорость химической реакции. Понятие про энергию активации. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля. Влияние температуры, давления и объема, природы реагирующих веществ на скорость химической реакции.
курсовая работа [55,6 K], добавлен 29.10.2014Тепловой эффект химической реакции или изменение энтальпии системы вследствие протекания химической реакции. Влияние внешних условий на химическое равновесие. Влияние давления, концентрации и температуры на положение равновесия. Типы химических связей.
реферат [127,3 K], добавлен 13.01.2011Определение константы равновесия реакции. Вычисление энергии активации реакции. Осмотическое давление раствора. Схема гальванического элемента. Вычисление молярной концентрации эквивалента вещества. Определение энергии активации химической реакции.
контрольная работа [21,8 K], добавлен 25.02.2014Изменение свободной энергии, сопровождающее химическую реакцию, связь с константой равновесия. Расчет теплового эффекта реакции. Классификации дисперсных систем по размерам дисперсных частиц, агрегатным состояниям дисперсной фазы и дисперсионной среды.
контрольная работа [49,7 K], добавлен 25.07.2008Зависимость химической реакции от концентрации реагирующих веществ при постоянной температуре. Скорость химических реакций в гетерогенных системах. Влияние концентрации исходных веществ и продуктов реакции на химическое равновесие в гомогенной системе.
контрольная работа [43,3 K], добавлен 04.04.2009Тепловой эффект реакции при стандартных условиях. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Температурный коэффициент. Осмос, осмотическое давление, осмотический коэффициент. Отличительные признаки дисперсных систем от истинных растворов.
контрольная работа [49,7 K], добавлен 25.07.2008Общие положения и закономерности катализа. Особенности и значение гомогенного, кислотного и основного катализа. Гомогенно-каталитические реакции, катализируемые комплексными соединениями. Специфика применения ферментативного и гетерогенного катализа.
реферат [51,3 K], добавлен 08.06.2011Протекание химической реакции в газовой среде. Значение термодинамической константы равновесия. Расчет теплового эффекта; ЭДС гальванического элемента. Определение массы йода; состава равновесных фаз. Адсорбция растворенного органического вещества.
контрольная работа [747,3 K], добавлен 10.09.2013Ознакомление с понятием и предметом химической кинетики. Рассмотрение условий химической реакции. Определение скорости реакции как изменения концентрации реагирующих веществ в единицу времени. Изучение общего влияния природы веществ и температуры.
презентация [923,5 K], добавлен 25.10.2014Процесс произведения нитробензола и составление материального баланса нитратора. Определение расхода реагентов и объёма реактора идеального смешения непрерывного действия при проведении реакции второго порядка. Расчет теплового эффекта химической реакции.
контрольная работа [247,6 K], добавлен 02.02.2011Реакция димеризации олефинов - этап переработки олефинов. Кислотный катализ. Процесс с участием растворенных или твердых кислотных катализаторов протекает с образованием ионов карбения или контактных ионных пар. Катализаторы реакции метатезиса олефинов.
реферат [108,0 K], добавлен 28.01.2009Определение катализа и его роль в промышленности. Селективность и общие представления о понятии "механизм химической реакции". Классификация каталитических систем по фазам и типам реакций. Адсорбция и основные требования к промышленным катализаторам.
реферат [1,2 M], добавлен 26.01.2009
