Катализ. Ферментативный катализ.

Одним из наиболее распространенных в химической практике методов ускорения химических реакций является катализ. В присутствии катализатора изменяется путь, по которому проходит суммарная реакция, а потому изменяется ее скорость. Катализаторы - это вещества, изменяющие скорость реакции за счет участия в промежуточном химическом взаимодействии с компонентами реакции, но восстанавливающие после каждого цикла промежуточного взаимодействия свой химический состав (в ходе реакции не расходуются). Увеличение скорости катализируемой реакции связано с меньшей энергией активации нового пути реакции.

В зависимости от того, находится ли катализатор в той же фазе, что и реагирующие вещества, т. е. равномерно ли он распределен в реакционном объеме, или образует самостоятель­ную фазу, различают гомогенный и гетерогенный катализ. При гетерогенном катализе ускорение процесса обычно связано с каталитическим действием поверхности твердого тела (катали­затора). В качестве катализатора при гетерогенном катализе часто применяют переходные металлы и их оксиды. Катализато­рами при гомогенном катализе обычно служат кислоты, основа­ния, соли и прежде всего соли d-элементов (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Сu и др.).

Катализаторы отличаются избирательностью (селективностью) действия. Так, на оксиде алюминия при 350-360° С происходит дегидратация этанола, а в присутствии меди при 200-250° С - его дегидрирование:

Al₂O₃

С₂Н₅ОН ® С₂H₄ + Н₂0

Cu

С₂Н₅OН ® СНзСНО + H₂

В отсутствие катализатора обе реакции протекают параллельно.

Катализатор не влияет на истинное химическое равновесие, т. е. не меняет константу равновесия и равновесные концент­рации. В равной степени он ускоряет и прямую, и обратную реакции.

Наличие в зоне реакции посторонних веществ оказывает раз­личное влияние на катализатор: одни нейтральны, другие уси­ливают действие катализатора, третьи ослабляют или вообще прекращают.

Вещества, усиливающие действие катализаторов, называются промоторами, или активаторами. Так, небольшая добавка сульфатов щелочных металлов в сотни раз повышает активность V₂O₅ - катализатора окисления SO₂ в SO₃.

Некоторые вещества в очень малых количествах способны снижать или даже полностью подавлять активность катализато­ров (отравление катализаторов). Это так называемые катали­тические яды. Например, кислород и его соединения, вызывают обратимое отравление железного катализатора при синтезе NНз; активность этого катализатора восстанавливается под дейст­вием тщательно очищенной свежей смеси азота и водорода. Сера и ее соединения вызывают необратимое отравление катализатора при синтезе NНз; восстановить его активность действием све­жей смеси N₂ + H₂ не удается.

Активность катализатора очень зависит от методики его приготовления. Чем более пористой, неустойчивой и большой получается поверхность катализатора, тем выше его актив­ность. При низкотемпературном режиме приготовления катали­затора его частицы не могут перегруппировываться в устойчи­вые формы и катализатор получается высокоактивным.