Катализ: что это в химии, объяснение термина, примеры

Катализ – это реакция, ускоренная с помощью специального соединения – катализатора. Он применяется во многих природных и промышленных реакциях. 

В 1835 г. шведский ученый Йёнс Якоб Берцелиус предположил, что некоторые вещества могут влиять на скорость реакций. Их он назвал катализаторами. Химик считал, что они могут уменьшать прочность связей и ускорять реакции.

Что такое катализ? 

Катализ не протекает без катализатора. Это соединение повышает скорость реакции, но не принимает участия в самом химическом взаимодействии. Т. е. его нельзя обнаружить в продукте реакции. Как правило, катализатор пишут над стрелкой или знаком «равно». 

Каждому катализатору свойственна избирательность, т. е. способность влиять не на все реакции. Эта особенность позволяет использовать катализ в практических целях.

По данным современных исследований катализатор формирует комплекс с реагентами, который укрепляется с помощью химических связей. Позже он распадается на продукт и катализатор. 

Некоторые вещества в нормальных условиях не реагируют между собой. Например, молекулы водорода и оксида углерода не вступают во взаимодействие, т. к. атомы водорода прочно сцепляются друг с другом. Катализатор помогает молекулам-реагентам сблизиться и сформировать новые химические связи. Затем комплекс, содержащий катализатор, перегруппировывается. 

Виды катализа

В зависимости от того, в каких фазах находятся катализатор и реагент, реакции делятся на два вида:

• гомогенный катализ (соединения в одной фазе);


• гетерогенный катализ (вещество и катализатор в разных фазах);


• микрогетерогенный (промежуточный вид между гомогенными и гетерогенными реакциями).

Катализатор – большой полимер. Вступая в реакцию с небольшими молекулами, он ведет себя как гетерогенная частица, но при этом образует с реагентом одну фазу. К подобным катализаторам относятся ферменты – белки сложного состава и строения. Реакции, протекающие с участием ферментов – это ферментативный катализ в химии. 

Условия катализа 

Большая часть реакций катализа проходит под влиянием давления и при нагревании. Смесь из реагирующих молекул в состоянии газа или жидкости пропускается через специальную камеру, в которой находится катализатор. Продукт в этом случае описывают с помощью ряда характеристик:

1. объемная скорость – объем газа или жидкости, который проходит через фиксированный объем катализатора за определенное время;


2. активность катализатора – объем реагентов, которые превратились в продукты под влиянием катализатора за определенное время;


3. конверсия – процент вещества, вступившего в реакцию;


4. выход – соотношение объема исходных соединений к объему продукта;


5. производительность – определенный объем образовавшихся продуктов за единицу времени.

Около 90 % всех реакций на производствах протекают в присутствии катализаторов. Особую роль катализ играет при защите окружающей среды.