Механизм действия катализаторов

Хотя катализатор и не расходуется в процессе реакции, он участвует в реакции в качестве реагента, но одновременно происходит другая реакция, в результате которой он образуется вновь.

 

Рассмотрим поведение катализатора на примере реакции сернистого газа с кислородом: 2SO2 + O2 = 2SO3.

 

При любых температурах и давлениях она происходит с маленькой скоростью и не доходит до конца. Для этой реакции используют различные катализаторы, в частности азота (II) оксид. Это соединение быстро вступает в реакцию с кислородом: 2NO + O2 = 2NO2.

 

Азот (^) оксид, который образуется, сразу же реагирует с серы (IV) оксидом: NO2 + SO2 = NO + SO3.

 

В результате этой реакции выделяется азот монооксид, т.е. происходит восстановление катализатора.

 

Катализатор не записывают в химическом уравнении как реагент или продукт реакции, а отмечают над стрелкой или над знаком равенства: 2SO2 + O2 --- 2SO3.

 

Механизмы большинства химических превращений с участием катализаторов еще не исследованы. Эти исследования усложняются вследствие больших скоростей реакций и неустойчивости промежуточных соединений. Над проблемой поиска катализаторов различных реакций работают многочисленные научные лаборатории. Ученые пока не создали теории, позволяющей угадывать вещества, которые могут катализировать ту или иную реакцию.

 

Иногда замена катализатора приводит к изменению продуктов химической реакции. Так, в присутствии оксида алюминия спирт разлагается на этилен и воду. Катализаторы имеют большое значение для современной промышленности, техники и технологии. С их участием осуществляют около 90% химических превращений. Например, реакция азота с водородом, в результате которой образуется аммиак NH3, реакции, протекающие при переработке нефти. Процесс гидролиза крахмала для получения сахаров проводят в присутствии кислот (катализатором реакции является катионы водорода Н +). Многие химические реакции без катализаторов были бы невозможны или происходили при очень высоких температурах. Катализаторы широко используются в транспорте, где работают двигатели внутреннего сгорания. Эти вещества содержатся в специальных патронах, которые присоединяют к выхлопных труб. Благодаря катализаторам угарный газ (продукт неполного сгорания бензина), реагируя с кислородом, превращается в безопасный углекислый газ.

 

Все химические процессы в живом организме происходят с участием катализаторов. Эти вещества называют ферментами. В организме насчитывают несколько тысяч ферментов, и каждый из них катализирует «свою» реакцию.