13.3. Виды катализа

Существует такая классификация видов катализа:

• По агрегатному состоянию принято различать гомогенный катализ, при котором реаги­рую­щие вещества, продукты реакции и катализатор находятся в одной фазе, обычно жидкой или газовой, и гетерогенный катализ, при котором реагирующие ве­щества и продукты находятся в одной фазе, обычно жидкой или газообразной, а катализатор - в другой, обычно в твёрдой. Суще­ству­ет также гетерогенно-гомогенный катализ, при котором реакция, начинаясь на поверхности катализатора, продолжается в объёме жидкой или газовой фазы.

• По химической природе катализатора различают кислотно-основ­ный катализ, при котором реакции протекают в присутствии кислот или оснований, катализ на металлах, катализ на оксидах и т. д. Особую группу каталитических процессов составляют реакции ферментативного катализа. Для некоторых реакций катализатором может служить их собственный продукт. Такие реакции называются автокаталитическими.

• По избирательности действия. Во многих случаях один и тот же катализатор может изменять скорость нескольких возможных между данными реагирующими веществами реакций (неспецифический катализ), но существует и широко применяется на практике избирательный (или специфический) катализ, когда катализатор из многих возможных в данной реакционной смеси реакций "выбирает" одну. Это используется, например, для синтеза стереорегулярных полимеров. Высочайшей избирательностью обладают биологические катализаторы - ферменты.

• По физическому состоянию твёрдого катализатора различают катализ на компактных металлах, когда катализатор представлен каким-либо одним металлом в различной степени раздробленности (дисперсности); катализ на носителях, когда катализатор-металл напыляется тонким слоем на какой-либо инертный носитель (фарфор, асбест, активированный уголь); катализ на смешанных катализаторах, когда катализатор представляет собой смесь порошков различных металлов, оксидов или других веществ.

13.4. Механизм действия катализаторов

Единой теории катализа до настоящего времени нет. Однако накопленный экспериментальный материал позволяет сделать заключение о том, что катализатор способен входить в состав промежуточного соединения (активированного комплекса). При этом снижается энергия активации и происходит ускорение как прямой, так и обратной реакции. Важно понимать, что катализатор не может вызвать термодинамически невозможный процесс. Более того, катализатор не смещает химического равновесия, а лишь ускоряет его достижение.

О том, что катализатор участвует в химической реакции, говорит, например, то, что физическое состояние катализатора в ходе реакции может существенно изменяться. Так, крупнокристаллический диоксид марганца, катализирующий распад бертолетовой соли, после реакции превращается в мелкий порошок. В принципе это изменение степени дисперсности может отразиться на каталитической активности, но в небольшой степени.

Поэтому под неизменяемостью катализатора в ходе реакции имеют в виду постоянство его количества и химического состава до и после реакции.