10.5. Каталіз

У міру розвитку хімічної промисловості дедалі більшого значення набуває вивчення чинників, які впливають на швидкість реакції. Переконливим прикладом у цьому відношенні може слугувати сучасний метод виробництва толуену, що застосовується для виготовлення вибухової речовини — тринітротолуену — та для інших цілей. Вихідною сировиною є метилциклогексан C₇H₁₄, який у великих кількостях міститься в нафті. За високої температури й низького тиску ця речовина розпадається на толуен C₇H₈ і водень. Ця реакція, однак, відбувається настільки повільно, що її не можна було використовувати в промислових умовах, доки не було знайдено, що певна суміш оксидів збільшує швидкість реакції настільки, що процес набуває практичного значення. У попередньому викладі вже наводилося безліч прикладів каталізу (процесу прискорення реакції за допомогою каталізатора), а далі будуть наведені й інші приклади (див. підрозд. 14.4).

Вважають, що каталізатори прискорюють реакції завдяки тому, що зближують молекули, які реагують, і утримують їх у положенні, сприятливому для реакції. На жаль, про справжню природу каталітичної активності відомо так мало, що каталізатори добирають переважно емпірично. Випробування каталітичних реакцій (так само, як і будь-яких інших процесів) виконують дослідним шляхом, практично перевіряючи їхню ефективність.

Існують дані, які свідчать про те, що деякі каталізатори мають структуру, яка зумовлює сильну взаємодію з активованим комплексом і лише слабку взаємодію з вихідними реагентами та продуктами реакції. Сильна взаємодія з активованим комплексом призводить до зниження енергії активації, як показано на рис. 10.6, а отже, до збільшення швидкості реакції.

Рис. 10.6. Діаграма, що показує можливий вплив каталізатора на зменшення величини енергії активації реакції і, отже, на збільшення швидкості як прямої, так і зворотної реакції.