ELEMENTY KATALIZY, NAUKA, WIEDZA

Pobierz cały dokument elementy.katalizy.nauka.wiedza.doc Rozmiar 85 KB

Fragment dokumentu:

Elementy katalizy

Nawet w warunkach korzystnych dla danej reakcji z termodynamicznego punktu widzenia, przebieg jej może być niekiedy bardzo powolny. Problem ten nabiera szczególnej wagi w przypadku prowadzenia procesów na skalę techniczną. Równania kinetyczne wskazują, że zwiększenie szybkości reakcji można osiągnąć zwiększając stężenia substratów lub zwiększając stałą szybkości. Możliwość zwiększania stężenia (ciśnienia) jest często ograniczona (np. ograniczona wytrzymałość aparatury, rozpuszczalność). Podwyższenie temperatury zwiększa szybkość reakcji, jednakże w przypadku reakcji egzotermicznych powoduje obniżenie stałej równowagi. Ze wzoru Arrheniusa

gdzie: A - stała całkowania (czynnik częstości, czynnik przedwykładniczy),

E_a - energia aktywacji: najmniejsza energia, jaką muszą mieć (w przeliczeniu na 1 mol) cząsteczki substratów, aby mogły wejść w daną reakcję,

(czynnik Boltzmanna) - ułamek drobin, które osiągnęły minimalną energię potrzebną, aby zaszła reakcja.

Wynika, że wzrost stałej szybkości reakcji można osiągnąć poprzez zmianę mechanizmu reakcji tak, aby obniżeniu uległa energia aktywacji lub też nastąpiło zwiększenie czynnika przedwykładniczego.

Zaobserwowano, że pewne substancje obecne w układzie mogą wpływać na szybkość reakcji pozostając w niezmienionej postaci i ilości po zakończeniu procesu. Katalizatorem nazwano substancję, która wprowadzona do układu reagującego zwiększa szybkość tej reakcji, skracając tym samym czas potrzebny do osiągnięcia stanu równowagi. Katalizatorem ujemnym (inhibitorem) określa się substancję, która zwalnia przebieg danej reakcji.

Rozważmy wpływ katalizatora na kinetykę reakcji odwracalnej

k₁

A + B ↔ C + D

k₂

Szybkość reakcji przebiegającej ze stałą k₁ dana jest równaniem

v₁ = k₁ [A][B] (1)

Dla reakcji odwrotnej napiszemy

v₂ = k₂ [C][D] (2)

W stanie równowagi v₁ = v₂

Jeśli więc katalizator zwiększa n-krotnie k₁, a jednocześnie nie wpływa na stałą równowagi K, to musi też n-krotnie zwiększać k₂. Na przykład jony H₃O⁺ katalizują zarówno reakcję hydrolizy estrów jak i reakcję estryfikacji.

Kataliza homogeniczna ma miejsce wtedy, kiedy katalizator stanowi jeden ze składników fazy (ciekłej lub gazowej), w której zachodzi reakcja. Przykładem może być reakcja z udziałem NO jako katalizatora

NO

SO₂ + ½ O₂ → SO₃,

przebiegająca według mechanizmu:

NO + ½ O₂ → NO₂

NO₂ + SO₂ → SO₃ + NO

Pobierz cały dokument elementy.katalizy.nauka.wiedza.doc rozmiar 85 KB