Каталіз гомогенний і гетерогенний каталіз: пояснимо на прикладах

Деякі хімічні взаємодії самі по собі відбуваються дуже затрудненно або взагалі не відбуваються. І тоді «на допомогу» приходять особливі речовини - каталізатори. Вони дозволяють «обійти бар`єр» - і реакція починається, хоча без них вона б або ніколи не почалася небудь відбувалася б дуже повільно. Зустрічається каталіз гомогенний і гетерогенний каталіз. Що означають ці слова?

Назва може бути різним у залежності від того, в одній чи фазі знаходяться каталізатор і реагенти. Сам каталізатор в реакції не витрачається. Якщо ви бачите дві фази з кордоном між речовиною і каталізатором, то каталіз буде гетерогенним. Те ж саме можна сказати про випадок, коли агрегатний стан речовини і каталізатора різняться. Гомогенний ж відбувається в однорідному середовищі, в одній фазі.

При гетерогенному каталізі каталізатор нерідко - тверда речовина, а реагенти або є рідинами, або в рідині розчинені, або є газами. При цьому реагенти адсорбуються на активних центрах каталізатора (не плутайте адсобрціей і абсорбцію. Перша означає своєрідне «приклеювання» до поверхні, друга -коли одна речовина проникає в структуру іншого).

При цьому між молекулами реагенту і каталізатора відбувається хімічна взаємодія. Воно може включати як хімічну реакцію на поверхні, так і ослаблення зв`язків усередині молекул реагенту. Потім відбувається реакція, при якій нерідко молекули залишився речовини вдаряють молекули першого реагенту. Результат реакції десорбується, «відклеюється» від активних центрів. Як вже було сказано раніше, каталізатор в реакції не витрачається. Змінюється тільки кількість реагентів і продуктів.

Каталіз гомогенний і гетерогенний каталіз широко використовуються в промисловості. Наведемо приклад другого, так як теоретично ми його вже розглянули.

Як відомо, маргарин - насичений жир. Він по консистенції твердий. А рослинні жири, з якого його виробляють, в основному, рідкі. Як домагаються твердості? За допомогою гідрогенізації, тобто подвійні зв`язки атомів вуглецю стають одинарними за рахунок приєднання атомів водню. А в якості каталізатора виступає метал нікель у твердому стані. Жири, які виходять при цій реакції, називаються гідрогенізовані. Звичайно, як і всі насичені жири, вони не дуже корисні, але демонізувати їх теж не варто.

Каталіз гомогенний і гетерогенний каталіз потрібно розуміти, оскільки вони допомагають пояснити не тільки промислові, а й природні процеси. Наприклад, руйнування озонового шару - приклад гомогенного каталізу.

Озон руйнується і створюється знову за допомогою впливу на молекули ультрафіолетового опромінення. Однак нормальний процес порушується у присутності молекул хлор- і фторуглеродов, які присутні в атмосфері у формі газів і є продуктами промислового викиду. Що при цьому відбувається? Молекули хлор- і фторсоедіненій вуглецю стикаються з молекулами озону і забирають у них один атом кисню. Потім з`єднання, скажімо, хлору з киснем стикається з іншою молекулою озону, в результаті виходить молекула кисню і регенерувати частинка хлорсоедіненія, яка може далі руйнувати тисячі молекул озону. Таким чином відбувається гомогенний каталіз. Як бачите, знання цього процесу дозволяє нам зрозуміти, що потрібно бути обережними з використанням деяких дезодорантів і рідин для холодильників.

Втім, треба зауважити, що речовини, що забезпечують каталіз гомогенний і гетерогенний каталіз, можуть не тільки прискорювати реакцію, але і уповільнювати її. У цьому випадку вони називаються інгібіторами. І на будь-які каталізатори, в свою чергу, можуть впливати деякі речовини: прискорювачі або отрути для каталізатора. Тому процес каталізу - багатоступінчастий, і для його розуміння потрібно розуміти причини каталізу. А він відбувається тому, що при цьому процесі необхідно менше енергії активації, тому що процес йде по іншому шляху, ніж якби він ішов сам по собі.

Як ми бачили, приклади каталізу можуть бути дуже різними по користі для людини. Однак для того, щоб змінювати світ, потрібно його розуміти. Тому вивчайте хімію не тільки «вприглядку».