Многие знают, что катализатор – это такой материал, который ускоряет химические реакции. Сегодня мы обсудим, каким образом он это делает.
Представим себе, что есть два газа: А и Б. Они не взаимодействуют друг с другом, их молекулы летают в одном объёме, по временам сталкиваются друг с другом, но толку - ноль.
Теперь представим, что в этот объём мы добавили катализатор, например, платиновую фольгу. Что изменилось?
Молекулы А и Б получают возможность «сесть» на платину (адсорбироваться на ней), и теперь условия для их взаимодействия меняются. Сидя на платине, молекулы с гораздо большей вероятностью способны вступить в реакцию при столкновении.
Связано это с тем, что пока они сталкивались в газовой фазе, энергия активации (энергетический барьер) была высокой, а на платиновых просторах она – низкая. Почему так происходит – отдельная большая тема.
Здесь скажем только, что есть два основных механизма взаимодействия с участием катализатора.
В рамках первого обе молекулы садятся на катализатор и, шатаясь по платиновым просторам, должны найти друг друга, чтобы произвести на свет третье вещество В.
Такой механизм был предложен американским химиком Ирвингом Лангмюром, который в начале 20-го века изучал поверхностные явления. Вместе с коллегой Хиншелвудом он развил идею, что реакция происходит между двумя адсорбированными молекулами.
В рамках второго механизма достаточно, чтобы хотя бы одна молекула села на платину, а вторая может, витая в объёме, удариться ровнехонько о первую, и этого столкновения будет достаточно для рождения новой молекулы.
Этот механизм был предложен двумя британскими химиками Элеем и Риделом. В 1930-х годах они описали, как «газовая» молекула может напрямую «атаковать» адсорбированную на поверхности, без необходимости обеим «приземляться».
Выходит, что катализатор – это такое удобное место встреч для молекул.