Home  / Учебник ОБЩАЯ ХИМИЯ / Глава 5. Химические реакции / Механизм катализа - образование промежуточных соединений

Механизм катализа - образование промежуточных соединений

Выяснение механизма катализа является важным шагом на пути  к пониманию сути химических явлений  и решению конкретных прикладных задач.

Первый путь ускорения химической реакции заключается в увеличении концентрации активных частиц в ассоциате, при этом катализатор  взаимодействует с одним из исходных веществ,

Другой метод ускорения взаимодействия молекул состоит в увеличении в системе концентрации ассоциатов, когда катализатор образует с одним из реагентов промежуточное соединение, которое способно взаимодействовать с другим реагентом. Катализаторами в этом случае выступают координационно-ненасыщенные соединения, что будет рассмотрено ниже.   

Любая каталитическая  реакция протекает по цепному механизму, проходя три стадии ассоциация - электронная изомеризация - диссоциация.

Схема механизма катализа

Для иллюстрации механизма катализа рассмотрим взаимодействие двух газов хлора и водорода в присутствии радикалов хлора. Механизм этого превращения описывается следующим образом:

1.     Cl˙ +H:H → Cl...H:H

2.     Cl...H:H ⇆ Cl:H...H

3.     Cl:H...H → H:Cl+H˙

На стадии 1- ассоциации- возникает новая слабая ван-дер-ваальсовая связь (обозначаемая здесь ...) исходного компонента с активными частицами  поставляемыми катализатором. Образуется промежуточное соединение.

На стадии 2- изомеризации - старая прочная ковалентная связь (обозначаемая здесь :) в промежуточном соединении в результате изомеризации становится слабой ван-дер-ваальсовой, а новая ван-дер-ваальсовая связь становится ковалентной.

На стадии 3- диссоциации-  разрываются "ослабленные" связи в промежуточном соединении, и оно диссоциирует на конечный продукт и активную частицу.

Механизм катализа не зависит от типа катализатора (гомогенный, гетерогенный) и от агрегатного состояния участников реакции.

Лимитирующей стадией в каталитическом взаимодействии является стадия диссоциации. Скорость этой стадии определяется концентрацией промежуточного соединения. Концентрация промежуточного соединения зависит от концентрации активных частиц в системе и от разности энергий связи разрушаемой и связи образуемой. Чем меньше энергия разрушаемой связи, чем больше энергия образуемой связи и чем больше концентрация промежуточного соединения, тем быстрее протекает реакция диссоциации.

Такой вариант механизма катализа, когда  катализатор взаимодействует с  обоими исходными компонентами, типичен для биологических систем, где  катализаторами являются ферменты (энзимы).

 Химические реакции >> 

Определение катализа >>

Кислотный и основной катализ >>

Образование промежуточных соединений

Термодинамический фактор катализа  >>

Катализ с участием координационно-ненасыщенных соединений >>

 Выводы. Глава химические реакции >>