Билет №18. Катализ гомогенный и гетерогенный.

Вещества, нерасходующиеся в результате протекания реакции, но влияющие на её скорость, называются катализаторами. Явление изменения скорости реакции под действием таких веществ называется катализом. Реакции, протекающие под действием катализаторов, называются каталитическими.

В большинстве случаев действие катализатора объясняется тем, что он снижает энергию активизации реакции. В присутствии катализатора возникают другие активизированные комплексы, причём для их образования требуется меньше энергии, чем для образования активизированных комплексов без катализаторов. Катализатор в одно и то же количество раз ускоряет и прямую, и обратную реакции.

Различают гомогенный и гетерогенный катализ. В случае гомогенного катализа катализатор и реагирующие вещества образуют одну фазу (газ или раствор). В случае гетерогенного катализа катализатор находится в системе в виде самостоятельной фазы. При гетерогенном катализе реакция протекает на поверхности катализатора. Последний вид катализа находит широкое применение в химической промышленности. Очень большую роль играет катализ в биологических системах. Большинство химичесих реакций, протекающих в пищеварительной системе, в крови и в клеткахживотных и человека, являются каталитическими. Катализаторы, называемые в этом случае ферментами, представляют собой простые или сложные делки.

Билет №19 и 20. Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие. Константа химического равновесия. Принцип Ле-Шателье. Смещение химического равновесия в гомогенных и гетерогенных системах.

Все химические реакции можно разбить на две группы: необратимые и обратимые реакции. Необратимые реакции протекают только в одном направлении до конца - до полного израсходования одного из реагирующих веществ. Обратимые реакции протекают не до конца: при обратимой реакции ни одно из реагирующих веществ не расходуется полностью. Обратимая реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлении.

Рассмотрим изменение скоростей прямой и обратной реакций с течением времени. Внаяале, при смешении исходных веществ, скорость прямой реакции велика, а скорость обратной равна нулю. По мере протекания реакции исходные вещества расходуются и их концентрация уменьшается, вследствие чего уменьшается скорость прямой реакции. Одновременно идёт процесс образования новых веществ. Их концентрация увеличивается, а значит растёт и скорость обратной реакции. Когда скорости прямой и обратной реакции становятся одинаковыми, наступает химическое равновесие. Химическое равновесие называют динамическим. Этим подчёркивается, что при равновесии протекают и прямая, и обратная реакции, но их скорости одинаковы, вследствие чего изменений в системе не заметно.

Количественной характеристикой химического равновесия служит величина, называемая константой химического равновесия. При постоянной температуре константа равновесия обратимой реакции представляет собойпостоянную величину, показывающую то соотношение между концентрациями продуктов реакции и исходных веществ, которое устанавливается при равновесии:

Уравнение константы равновесия показывает, что в условиях равновесия концентрации всех веществ, участвующих в реакции, связаны между собой. Изменение концентрации любого из этих веществ влечёт за собой изменения концентраций всех остальных веществ; в итоге устанавливаются новые концентрации, но соотношене между ними вновь отвечает константе равновесия. Численное значение константы равновесия в первом приближении характеризует выход данной реакции. В случае гетерогенных реакций в выражение константы равновесия, так же как и в закон действия масс, входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой или жидкой фазе. Величина константы равновесия зависит от природы реагирующих веществ и от температуры и не зависит от присутствия катализаторов.

Химическое равновесие сохраняется до тех пор, пока остаются неизменными концентрация реагирующих веществ, температура и давление. Смещение химического равновесия происходит по принципу Ле-Шателье: при изменении внешних условий химическое равновесие смещается в сторону той реакции (прямой или обратной), которая ослабляет это внешнее воздействие. Таким образом, при повышении температуы равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, а при понижении - в сторону экзотермической реакции; при повышении давления химическое равновесие смещается в сторону уменьшения объёма, а при понижении давления - в сторону увеличения объёма; при увеличении концентрации равновесие смещается в сторону уменьшения её. Введение катализатора не влечёт за собой смещение химического равновесия, т.к. одновременно увеличиваются скорость как прямой, так и обратной реакций.