Некоторые химические взаимодействия сами по себе происходят очень затрудненно или вообще не происходят. И тогда «на помощь» приходят особые вещества – катализаторы. Они позволяют «обойти барьер» - и реакция начинается, хотя без них она бы либо никогда не началась либо происходила бы очень медленно. Встречается катализ гомогенный и гетерогенный катализ. Что означают эти слова?
Видео: Гетерогенный катализ. Каталитическое окисление аммиака
Название может быть разным в зависимости от того, в одной ли фазе находятся катализатор и реагенты. Сам катализатор в реакции не расходуется. Если вы видите две фазы с границей между веществом и катализатором, то катализ будет гетерогенным. То же самое можно сказать о случае, когда агрегатное состояние вещества и катализатора различаются. Гомогенный же происходит в однородной среде, в одной фазе.
При гетерогенном катализе катализатор нередко – твердое вещество, а реагенты либо являются жидкостями, либо в жидкости растворены, либо являются газами. При этом реагенты адсорбируются на активных центрах катализатора (не путайте адсобрцию и абсорбцию. Первая означает своеобразное «приклеивание» к поверхности, вторая –когда одно вещество проникает в структуру другого).
При этом между молекулами реагента и катализатора происходит химическое взаимодействие. Оно может включать как химическую реакцию на поверхности, так и ослабление связей внутри молекул реагента. Затем происходит реакция, при которой нередко молекулы оставшегося вещества ударяют молекулы первого реагента. Результат реакции десорбируется, «отклеивается» от активных центров. Как уже было сказано ранее, катализатор в реакции не расходуется. Изменяется только количество реагентов и продуктов.
Катализ гомогенный и гетерогенный катализ широко используются в промышленности. Приведем пример второго, так как теоретически мы его уже рассмотрели.
Видео: CATALYSIS. КАТАЛИЗ.
Как известно, маргарин – насыщенный жир. Он по консистенции твердый. А растительные жиры, из которого его производят, в основном, жидкие. Как добиваются твердости? С помощью гидрогенизации, то есть двойные связи атомов углерода становятся одинарными за счет присоединения атомов водорода. А в качестве катализатора выступает металл никель в твердом состоянии. Жиры, которые получаются при этой реакции, называются гидрогенизированными. Конечно, как и все насыщенные жиры, они не очень полезны, но демонизировать их тоже не стоит.
Катализ гомогенный и гетерогенный катализ нужно понимать, поскольку они помогают объяснить не только промышленные, но и естественные процессы. Например, разрушение озонового слоя – пример гомогенного катализа.
Видео: catal fin
Озон разрушается и создается вновь посредством воздействия на молекулы ультрафиолетового облучения. Однако нормальный процесс нарушается в присутствии молекул хлор- и фторуглеродов, которые присутствуют в атмосфере в форме газов и являются продуктами промышленного выброса. Что при этом происходит? Молекулы хлор- и фторсоединений углерода сталкиваются с молекулами озона и забирают у них один атом кислорода. Затем соединение, скажем, хлора с кислородом сталкивается с другой молекулой озона, в результате получается молекула кислорода и регенерировавшая частица хлорсоединения, которая может далее разрушать тысячи молекул озона. Таким образом происходит гомогенный катализ. Как видите, знание этого процесса позволяет нам понять, что нужно быть осторожными с использованием некоторых дезодорантов и жидкостей для холодильников.
Впрочем, нужно заметить, что вещества, обеспечивающие катализ гомогенный и гетерогенный катализ, могут не только ускорять реакцию, но и замедлять ее. В этом случае они называются ингибиторами. И на любые катализаторы, в свою очередь, могут влиять некоторые вещества: ускорители либо яды для катализатора. Поэтому процесс катализа – многоступенчатый, и для его понимания нужно понимать причины катализа. А он происходит потому, что при этом процессе необходимо меньше энергии активации, потому что процесс идет по иному пути, чем если бы он шел сам по себе.
Видео: Гетерогенное равновесие
Как мы видели, примеры катализа могут быть очень разными по пользе для человека. Однако для того, чтобы менять мир, нужно его понимать. Поэтому изучайте химию не только «вприглядку».
Диметиловый эфир - современное топливо для дизельных двигателей