Общие понятия
Катализатор - это вещество, которое вступает в реакцию и увеличивает ее скорость, но само при этом остается неизменным по окончании реакции.
Процесс увеличения скорости в присутствии катализатора называется катализом. Выделяют два вида катализа: гомогенный и гетерогенный. Гомогенным называется катализ, когда реагенты и катализатор находятся в одном агрегатном состоянии. При гетерогенном катализе, наоборот, реагенты и катализатор находятся в разных агрегатных состояниях. Например, катализатор - твердое вещество, реагирующие вещества - жидкости или газы.
Основной гипотезой, которая объясняет катализ, является предположение об образовании промежуточных продуктов при взаимодействии исходного вещества и катализатора: АК + В = АВ + К (К - катализатор). Данная реакция показывает, что катализатор может принимать участие в реакции множество раз, но это только теория, так как на практике в реакционной среде могут присутствовать каталитические яды, то есть вещества, которые уменьшают или полностью уничтожают активность катализатора.
Катализаторы также обладают избирательностью. То есть, если катализатор изменяет скорость одной реакции, то это же вещество может не оказывать влияния на скорость другой реакции.
Гомогенный катализ
Рассмотрим пример гомогенного катализа.
Реакция окисления $\mathrm {SO_2 в SO_3}$ без катализатора практически не идет, так как скорость реакции очень мала. Для осуществления данной реакции используется катализатор $\mathrm {NO}$. В этом случае происходит образование промежуточного соединения, а именно оксида азота (IV).
Представим реакцию в общем виде для лучшего понимания.
$\mathrm {A + B = AB}$
$\mathrm {B + K = BK}$
$\mathrm {BK + A = AB + K}$
Теперь напишем реакцию окисления $\mathrm {SO_2}$ в присутствии катализатора.
$\mathrm {2SO_2 + O_2 = SO_3}$
$\mathrm {O_2 + 2NO= 2NO_2}$
$\mathrm {2NO_2 + 2SO_2 = 2SO_3 + 2NO}$
В данной реакции оксид азота, который выступает в качестве катализатора, остается по окончании реакции в неизменном виде.
Гетерогенный катализ
В качестве объяснения протекания гетерогенного катализа используется адсорбционная теория.
Адсорбционная теория заключается в том, что частицы адсорбируются на поверхности катализатора, которая является неоднородной (на ней имеются активные центры). В адсорбированных молекулах реагентов под действием активных центров катализатора связи между атомами становятся менее прочными, молекулы деформируются, либо диссоциируют на атомы.
Рассмотрим гетерогенный катализ на примере окисления $\mathrm {SO_2 \ в \ SO_3}$ на поверхности оксида ванадия. В результате образуется промежуточное соединение - $\mathrm {VO_2}$
$\mathrm {SO_2 + V_2O_5 = SO_3 + 2VO_2}$
$\mathrm {2VO_2 + 1/2O_2 = V_2O_5}$
