По мере развития химической промышленности все большее значение приобретает изучение факторов, влияющих на скорость реакции. Убедительным примером в этом отношении может служить современный метод производства толуола, применяемого для изготовления взрывчатого вещества — тринитротолуола — и для других целей. Исходным сырьем является метилциклогексан С7Н14, в больших количествах содержащийся в нефти. При высокой температуре и низком давлении это вещество распадается на толуол С7Н8 и водород. Эта реакция, однако, протекает настолько медленно, что ее нельзя было использовать в промышленных условиях, пока не было найдено, что определенная смесь окислов увеличивает скорость реакции настолько, что процесс приобретает практическое значение. В ходе предшествующего изложения уже приводилось множество примеров катализа (процесса ускорения реакции при помощи катализатора), а в дальнейшем будут приведены и другие примеры (см. разд. 14.4).
Считают, что катализаторы ускоряют реакции благодаря тому, что сближают реагирующие молекулы и удерживают их в положении, благоприятном для реакции. К сожалению, об истинной природе каталитической активности известно так мало, что катализаторы подбирают преимущественно эмпирически. Испытание каталитических реакций (так же, как и любых других процессов) производят опытным путем, практически проверяя их эффективность.
Катализ и энергия активации
Существуют данные, свидетельствующие о том, что некоторые катализаторы обладают структурой, которая обусловливает сильное взаимодействие с активированным комплексом и лишь слабое взаимодействие с исходными реагентами и продуктами реакции. Сильное взаимодействие с активированным комплексом приводит к снижению энергии активации, как показано на рис. 10.6, а следовательно, к увеличению скорости реакции.
Рис. 10.6. Диаграмма, показывающая возможное влияние катализатора на уменьшение величины энергии активации реакции и, следовательно, на увеличение скорости как прямой, так и обратной реакции.