Общее представление о каталитических реакциях

1. а) Как известно, катализатор — это вещество, изменяющее скорость ре-
акции, но не расходуемое в ходе данной реакции.

б) Катализаторы белковой природы называются ферментами (или энзимами). Практически все реакции в живых организмах идут с достаточной скоростью при такой невысокой температуре, как температура тела, только оттого, что ускоряются ферментами.

2. а) По тому, как именно изменяется скорость реакции в присутствии катализатора, иногда различают два типа катализа – положительный (повышение скорости) и отрицательный (снижение скорости).

б) Однако гораздо чаще термин «катализ» употребляют без подобного уточнения, имея в виду лишь положительный вид катализа. А снижение скорости реакции под действием какого-либо вещества называют ингибированием.

3. Кроме того, катализ подразделяют на гомогенный и гетерогенный.

а) В первом случае катализатор находится в той же фазе, что и реагирующее вещество; обычно это жидкая или газовая фаза.

б) При гетерогенном катализе катализатор образует иную (как правило, твердую) фазу; участники же реакции находятся в газовой или жидкой среде.

Тогда реакция проходит на поверхности раздела фаз. Подобный тип катализа используется в промышленности. Мы же далее будем иметь в виду, в основном, гомогенный катализ.

4. Наконец, иногда каталитическим действием обладает какой-либо из продуктов реакции. Такие процессы называются автокаталитическими. Отличие от цепных реакций состоит лишь в природе катализирующего агента: последний не является свободным радикалом.

5. Между тем, свободные радикалы могут образовываться на промежуточных
стадиях каталитического процесса.

а) В качестве примера приведем разложение пероксида водорода:

I. Если в чистом растворе скорость его близка к нулю, то в присутствии ионов Fe²⁺ процесс резко ускоряется. Начинает функционировать следующий механизм:

Как видно, всего здесь — 5 реакций, суммарное уравнение которых совпадает с уравнением (20.18).

II. Следовательно, ионы Fe²⁺ выступают в качестве катализаторов. Конкретно, они являются промежуточными донорами электронов, которые необходимы для запуска разложения H₂O₂.

III. Свободные же радикалы (OH·, HO₂· и O₂·) образуются лишь на промежуточных стадиях, а не инициируют (как ионы Fe²⁺) очередной цикл разложения. Поэтому процесс рассматривается как каталитический, а не цепной.

б) Более проста совокупность промежуточных реакций в другом примере.

В присутствии паров I₂ скорость разложения возрастает примерно в 6000 раз.

II. Механизм катализа включает в данном случае лишь 2 стадии:

III.Здесь катализатор (иод) образует промежуточные соединения с компонентами исходного реагента.