Kataliza homogeniczna. Mechanizm katalizy homogenicznej

W tekście "Jak działają substancje katalityczne?”, wykazano, że katalizatory są w stanie zwiększyć szybkość reakcji, ponieważ zmniejszają energię aktywacji wymaganą do zajścia reakcji. Robią to, zmieniając mechanizm reakcji, łącząc się z reagentami i tworząc związek pośredni, który z kolei staje się produktem i katalizatorem.

Jednym ze sposobów na to jest Kataliza homogeniczna, w której katalizator tworzy układ jednofazowy z reagentami.

Oznacza to, że wszystkie reagenty, produkty i katalizator muszą znajdować się w tej samej fazie, to znaczy w tym samym stanie fizycznym.

Badanie tego typu katalizy jest ważne dla nauki i przemysłu, ponieważ kilka ważnych reakcji produkcyjnych można przyspieszyć przy użyciu niewielkich ilości katalizatorów.

Przykładem katalizy homogenicznej stosowanej w przemyśle jest etap pośredni w produkcji kwasu siarkowego (H₂TYLKO_4(aq)), w którym powstaje trójtlenek siarki (SO_3(g)) poprzez reakcję spalania dwutlenku siarki (SO_2(g)), pokazane poniżej:

2 SO_2(g) + O_2(g) → 2 systemy operacyjne_3(g)

Ta reakcja przebiega zbyt wolno, dlatego dodaje się katalizator, dwutlenek azotu (NO)._2(g)). Katalizator ten łączy się z dwutlenkiem siarki, tworząc związek pośredni (aktywowany kompleks), którym jest tlenek azotu (NO_(sol)).

Ten związek pośredni następnie reaguje z gazowym tlenem (O_2(g)) do regeneracji katalizatora. Zobacz poniżej, jak to się dzieje i obserwuj, jak wszystkie są w fazie gazowej, tworząc jednorodny ośrodek:

_{katalizatorkompleks aktywowany}
Krok 1: 2 systemy operacyjne_2(g) + 2 NIE_2(g)→ 2 systemy operacyjne_3(g) + 2 NIE_(sol)
Krok 2:  2 NIE_(sol)+ 1 O_2(g) → 2 NIE_{2 (g)}
Reakcja globalna: 2 SO_2(g) + O_2(g) → 2 systemy operacyjne_3(g)

Należy zauważyć, że katalizator uczestniczy tylko w etapach pośrednich, ale nie jest zużywany. Pod koniec reakcji jest w pełni wyleczony. Dwuetapowa reakcja z tym mechanizmem wymaga mniejszej energii aktywacji i dlatego przebiega szybciej.

Przedstawienie graficzne:

Jennifer Fogaça
Absolwent chemii

Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/catalise-homogenea.htm