Если при протекании экзотермической химической реакции существует температура Тг, при которой скорость теплоотвода равна скорости прихода тепла (рис.2.13, а), то температура в системе стабилизируется и химическая реакция будет протекать с постоянной скоростью. Данное условие соответствует процессу горения. Верхняя точка соответствует состоянию неустойчивого равновесия. Случайное понижение температуры на малую величину приведет систему в состояние устойчивого равновесия за счет превышения теплоотвода. При увеличении температуры на малую величину в результате превышения теплоприхода с системе произойдет самоускорение химических реакций, переходящее во взрыв.

	Q		Q	Q+
		Q+
	а)		б)
		Q-		Q-

T0

Tг

Тг' T

T0

T

Рис. 2.13. Зависимости от температуры количеств тепла, выделяющихся (теплоприхода Q+) и отводимых в единицу времени (теплоотвода Q–)

Если скорость тепловыделения больше, чем скорость теплоотвода (рис. 2.13, б) процесс химического превращения переходит во взрыв при любой температуре.

2.7.Катализ

Процесс увеличения скорости химической реакции при постоянной температуре под действием дополнительных веществ – катализаторов, не расходующихся при протекании реакции и не входящих в состав продуктов, называется катализом. Вещества, замедляющие реакции, называются ингибиторами, катализаторы биохимических реакций – ферментами.

Катализаторы, ускоряя химическую реакцию, не влияют на положение термодинамического равновесия, т. е. на константу равновесия (уменьшается только время прихода реакции в состояние равновесия, но не изменяются равновесные концентрации).

Если в системе имеется термодинамическая возможность осуществления параллельных реакций, приводящих к образованию различных продуктов, то за счет увеличения скорости одной из них при помощи катализатора можно получить преимущественный выход определенного продукта из ряда возможных.

76

В зависимости от того, в каких фазах находятся катализатор и реагирующие вещества, различают гомогенный и гетерогенный катализ.

2.7.1.Гомогенный катализ

Исходные реагенты и катализатор находятся в одной фазе (газовой или жидкой). В ходе протекания гомогенной реакции образуется неустойчивое промежуточное соединение катализатора с реагирующими веществами, которое затем распадается с регенерацией катализатора. Роль катализатора сводится к изменению пути химического процесса, заключающегося в замене одной реакции с большей энергией активации двумя другими с меньшей (рис.2.14). Это приводит к тому, что при той же температуре процесс протекает с большей скоростью.

Пример. Реакция окисления диоксида серы кислородом протекает по уравнению

2SO2 + O2 → 2SO3.

Добавление в систему окиси азота приводит к существенному возрастанию скорости образования триоксида серы за счет протекания процесса через две промежуточные стадии:

O2 + 2NO → 2NO2,					2SO2 + 2NO2		→ 2SO3 + 2NO.
E					1 путь
					А + В → АВ		Еак1
					2 путь
	Eак1				А + К → АК		Еак2
	Eак2	Eак3			АК + В → АВ +К Еак3
			АК
		rH0
А+В						АВ

Ход реакции

Рис. 2.14. Энергетическая диаграмма гомогенного катализа

2.7.2.Гетерогенный катализ

Реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах. Реакция протекает на поверхности раздела фаз. Как правило, катализатор является твердым веществом. Его роль заключается в «концентрировании» реагентов или (и) «активации» реагирующих молекул. Концентрирование реагентов – увеличение вероятности встречи молекул благодаря тому, что за счет процессов адсорбции молекулы реагентов фиксируются на по-

77