Teorinė medžiaga su pavyzdžiais

4.1.3.4. Katalizatoriai ir jų įtaka reakcijos greičiui

Katalizė – tai cheminės reakcijos greičio keitimas, naudojant medžiagas, vadinamas katalizatoriais. Reakcijos kurių greitis priklauso nuo katalizatorių, vadinamos katalizinėmis. Katalizatoriai greitina arba lėtina reakcijas. Jie paprastai dalyvauja tik tarpinėse reakcijose, o po cheminės reakcijos išlieka nepakitę.

Katalizatoriai, greitinantys reakcijas, vadinami teigiamaisiais, o lėtinantys – neigiamaisiais arba inhibitoriais.

Dauguma katalizatorių reakcijas pagreitina tūkstančius kartų, nes reakcijai, kurioje dalyvauja katalizatorius, reikia mažesnės aktyvacijos energijos, o kuo aktyvacijos energija mažesnė, tuo reakcijos greitis didesnis. Reikia pažymėti, kad katalizės procesai yra labai paplitę. Dabartiniu metu apie 80 % visų cheminės pramonės procesų yra pagrįsti katalize.

Katalizatorių veikiamas yra labai specifinis - dažnai vienas kuris nors katalizatorius veikia tik vieną cheminę reakciją, suteikdamas jai tam tikrą greitį. Pakeitus reakcijai katalizatorių, pasikeičia ne tik reakcijos greitis, bet gali pasikeisti ir gaunamų produktų sudėtis. Toks katalizatorių veikimas vadinamas selektyviu.

Katalizė skirstoma į homogeninę ir heterogeninę. Kai reaguojančios medžiagos ir katalizatoriaus fazės yra vienodos, katalizė vadinama homogenine. Kai katalizatoriaus ir reaguojančių medžiagų fazės yra skirtingos, katalizė vadinama heterogenine.

Katalizatoriaus veikimas aiškinamas tarpinių reakcijų teorija. Pavyzdžiui, reakcija vyksta lėtai.

 A + B → AB

Įdedama katalizatoriaus K, kuris su medžiaga A sudaro lengvai reaguojantį tarpinį produktą AK:

 A + K → AK.

Tarpinis produktas AK lengvai reaguoja su kita pradine medžiaga B. Susidaro reakcijos produktas AB ir išsiskiria katalizatorius K:

 AK + B → AB + K.

Kaip matyti iš reakcijos schemos, katalizatorius lieka chemiškai nepakitęs ir vėl gali dalyvauti reakcijoje. Todėl reakcijoms pagreitinti pakanka nedidelių katalizatoriaus kiekių.

Pašalinės medžiagos, kurios nėra reakcijos katalizatoriai, bet smarkiai suaktyvina katalizatorių veiklą, vadinamos promotoriais.

Kai kurios medžiagos, nors jų būna labai mažai, mažina katalizatorių aktyvumą. Šios medžiagos vadinamos katalizatorių nuodais.

Medžiagos, kurių nedideli kiekiai labai sulėtina cheminių reakcijų greitį, vadinamos inhibitoriais. Pavyzdžiui, deguonies pėdsakai chloro ir vandenilio dujų mišinyje labai sulėtina HCl susidarymo reakciją.