Учебник. Катализ

Изменить величину E_a можно с помощью катализаторов. Вещества, принимающие участие, но не расходующиеся в процессе реакции, назваются катализаторами. Само это явление называется катализом.

В зависимости от того, находится ли катализатор в той же фазе, что и реагирующие вещества, или образует самостоятельную фазу, говорят о гомогенном или гетерогенном катализе. Механизм каталитического действия для них не одинков, однако и в том и в другом случае происходит ускорение реакции за счет снижения E_a.

Так, медленно протекающая реакция A + B → А…B → AB (ΔG < 0) в присутствии катализатора идет с большей скоростью в две стадии:

$\text{A + K}\to \text{A}\mathrm{...}\text{K}\to \text{AK}$	$E_a^{\text{'}}$
$\text{AK + B}\to \text{AK}\mathrm{...}\text{B}\to \text{AB + K.}$	$E_a^{\text{''}}$

т. е. образуются частицы промежуточного соединения AK (катализатора с реагентами), затем активный комплекс AKB и конечные продукты с регенерацией катализатора. Следовательно, каталитический путь оказывается кинетически более выгодным, чем прямое взаимодействие исходных веществ. Существует ряд специфических катализаторов – ингибиторов, снижающих скорость реакции.

Изображение реакционного пути некаталитической A + B → AB реакции (кривая 1) и гомогенной каталитической реакции (кривая 2)

Увеличение скорости реакции в присутствии катализатора определяется формулой $\frac{V^{\mathrm{\text{'}}}}{V}=\frac{k^{\mathrm{\text{'}}}}{k}=\frac{e^{\mathrm{-}{E}_a^{\mathrm{\text{'}}}/RT}}{e^{\mathrm{-}{E}_a/RT}}=e^{{\text{(}E}_a-E_a^{\mathrm{\text{'}}}\text{) /}\mathrm{ RT}}$ где $V_{}^{\mathrm{\text{'}}}\mathrm{,}$ $k_{}^{\mathrm{\text{'}}}\mathrm{,}$ $E_a^{\mathrm{\text{'}}}$ – параметры каталитического процесса, V, k, $E_a$ – некаталитического процесса ln $k_{}^{\mathrm{\text{'}}}$/k = 2,303 lg $k_{}^{\mathrm{\text{'}}}$/k = ($E_a$ – $E_a^{\mathrm{\text{'}}}$) / RT.