Скорость термических реакций, то есть реакций, происходящих между исходными частицами, находятся в основном электронном состоянии и приобретают энергию для преодоления энергетического барьера в виде энергии активных
частиц, которые сталкиваются, можно изменить двумя способами: повышением температуры реакционной системы и снижением энергетического бар 'премьера реакции.
Изменение скорости химической реакции под влиянием небольших добавок специфических веществ, количество которых в ходе реакции не меняется, путем изменения величины энергетического барьера (механизма реакции) называется катализом. Если каталитическое действие имеет один из продуктов реакции, то такой процесс называется авто-токаталитичним.
Некоторые особенности гомогенного и гетерогенного катализа являются общими:
- Катализатор участвует в химическом процессе, но не входит в состав продуктов;
- Взаимодействие катализатора с исходными веществами не является стехиометрической (одна массовая часть катализатора может вызвать превращение миллионов массовых частей исходных веществ);
- Катализаторы не влияют на величину константы равновесия (т.е. меняют одинаково скорость прямой и оборотной реакций);
- Активность катализатора зависит от наличия посторонних веществ, которые усиливают активность катализатора, - активаторов (промоторов) реакции. Например, в реакции синтеза аммиака катализаторами являются Fe, Mo, W, Ni, Co, а активаторами - Al2O3, MgO, Cr2O3;
- Большинство катализаторов имеет селективность (избирательность) действия.
Механизмы каталитических реакций сложны, многообразны и
очень редко определенными твердо.
Для гомогенного катализа разработаны количественную теорию промежуточных соединений:
1. Сначала образуется метастабильное промежуточное соединение катализатора и реагента.
2. Образование происходит с большой скоростью.
3. Распад промежуточного соединения является лимитирующей стадией.
Относительно гетерогенного катализа не существует единой теории.
Особенностью гетерогенного катализа является образование на активных центрах хемосорбованих комплексов, не способных к самостоятельному существованию. Характер хемосорбции зависит от электронной природы твердого катализатора. Активные металлы образуют прочные адсорбционные комплексы, поэтому неактивны катализаторами. И наоборот, малоактивны металлы (и полупроводники) образуют непрочные хемосорбовани комплексы и проявляют каталитическую активность. Сейчас наиболее распространенными теориями, которые объясняют связь между строением активных центров и механизмом гетерогенного катализа, является мультиплетна теория А. Баландина, теория активных ансамблей Н. И. Кобозева и электронно-химическая теория З. Рогинского.
Мультиплетна теория исходит из принципа структурного соответствия между расположением атомов в активных участках поверхности катализатора и строением молекул веществ, реагируют. Активными центрами на поверхности катализатора является мульти-плети - небольшие участки кристаллической решетки катализатора, состоящие из нескольких атомов или ионов. Адсорбированная молекула «садится» на мультиплет так, что ее различные атомы (группы) связываются с различными атомами мультиплета. Например, дегидратация и дегидрирование этанола происходят на разных атомах дублета с образованием различных продуктов.