KATALIZA HOMOGENICZNA

KATALIZATORY- to substancje, które modyfikują kinetykę reakcji chemicznych ( czyli zmieniają ich szybkość), oraz zmieniają mechanizm reakcji. Katalizator bierze udział w reakcji. Jego stan przed i po reakcji jest taki sam, ponieważ po jej zakończeniu odtwarza się.

Zjawisko przyspieszania reakcji chemicznych przez katalizatory nazywamy KATALIZĄ.

Katalizatory nie mają wpływu na położenie równowagi końcowej, do której zmierza dany proces chemiczny. Zmieniają tylko szybkość, z jaką układ do tego stanu zdąża. Z punktu widzenia kinetyki reakcji chemicznych działanie katalizatora sprowadza się do obniżenia energii aktywacji katalizowanej reakcji. Z tego wniosek, że katalizator przyspieszający jakąś reakcję, przyspiesza też reakcję biegnącą w kierunku przeciwnym.

              ROZRÓŻNIAMY KATALIZĘ:

-          w układach jednorodnych (homogeniczną) –katalizator występuje w tej samej fazie, co  

                                                                             reagenty

-          w układach niejednorodnych (heterogeniczną) –katalizator stanowi odrębną fazę lub  

                                                                                   kilka faz

Przykłady homogenicznych reakcji w fazie gazowej:

-          tworzenie się chlorku nitrozylu w obecności bromu:

                                   2 NO +Cl2 2NOCl

      dwa etapy:   1.     2NO + Br2 2NOBr

                           2.     2NOBr +Cl2 2NOCl + Br2

-rozkład par aldehydu octowego na CH4 i CO w obecności par jodu:

                                    CH3CHO CH4 +CO

      dwa etapy:    1.     CH3CHO + J2 CH3J +HJ + CO

2.          CH3J + HJ CH4 +J2

Szczególnie rozpowszechnionym przypadkiem katalizy homogenicznej jest kataliza kwasowo-zasadowa występująca w roztworach rozpuszczalników protonowych, takich jak: woda, amoniak, fluorowodór, cyjanowodór. Katalizatorami są kwasy i zasady. Kompleks przejściowy powstaje w tych reakcjach na skutek wymiany protonu. Reakcje takie zachodzą szybko.

              W katalizie kwasowej kluczowy etap polega na przeniesieniu protonu do substratu:

                                 X + HA HX+ + A-                   HX+ produkty

Reakcja ta stanowi pierwszy etap w procesie solwolizy estrów i tautomerii keto- enolowej.

              Kataliza zasadowa polega na przeniesieniu protonu z substratu do zasady:

                                 XH +B X- + BH+                     X- produkty

Zmianę kierunku biegu reakcji w wyniku obecności katalizatora opisujemy stosując pojęcie SELEKTYWNOŚCI KATALIZATORA.   Katalizator nazywamy selektywnym, gdy reakcja przebiega w jednym kierunku z taką wydajnością, że pozostałe procesy można pominąć. Selektywny katalizator przyspiesza przebieg reakcji tylko w jednym kierunku.

Ze względu na selektywność, istnieje możliwość sterowania produktem.

              Obecnie zastosowanie katalizatorów w przemyśle jest znaczne. Oprócz procesów, w których otrzymuje się duże ilości produktów, katalizatory homogeniczne są stosowane w syntezie małych ilości cennych związków organicznych, w reakcjach wymagających dużej selektywności, np. w syntezie niektórych związków naturalnych, leków, środków ochrony roślin.

Schemat energetyczny reakcji katalitycznej

H

EA1

EA2

AK

produkty

AB

A+B

substraty

                         Ogólny mechanizm działania katalizatora:

                          A + B AB                      - wysoka energia aktywacji

                          A +K AK                       AK- nietrwały produkt pośredni

                         AK +B AB + K             AB- produkt końcowy

E