Катализаторы и ферменты
🧪 Химия · 9 класс
Что такое катализаторы
Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само при этом не расходуется и в конце реакции остаётся неизменным. Явление ускорения реакции под действием катализатора называется катализом. Катализаторы играют огромную роль и в живой природе, и в промышленности.
Как работает катализатор
Чтобы вещества вступили в реакцию, их частицы должны обладать достаточной энергией — энергией активации. Катализатор как бы открывает новый, более лёгкий путь реакции, на котором требуется меньше энергии. Поэтому при той же температуре реагирует больше частиц, и скорость реакции возрастает. При этом сам катализатор образует промежуточные соединения, а затем восстанавливается.
Хороший пример — разложение пероксида водорода. Без катализатора оно идёт медленно, но если добавить немного оксида марганца, реакция ускоряется и бурно выделяется кислород:
2H_2O_2 = 2H_2O + O_2 (катализатор MnO_2)
Ингибиторы — вещества с обратным действием
Существуют вещества, которые, наоборот, замедляют реакции. Их называют ингибиторами. Например, ингибиторы добавляют в металлические изделия, чтобы замедлить коррозию (ржавление).
| Вещество | Действие | Пример применения |
|---|---|---|
| Катализатор | ускоряет реакцию | синтез аммиака |
| Ингибитор | замедляет реакцию | защита от коррозии |
| Фермент | ускоряет реакцию в организме | пищеварение |
Ферменты — биологические катализаторы
Ферменты — это природные катализаторы белковой природы, которые ускоряют реакции в живых организмах. Без них процессы в клетках шли бы слишком медленно. Например, фермент слюны помогает расщеплять крахмал, а ферменты желудка — белки пищи. Ферменты работают очень избирательно: каждый ускоряет только определённую реакцию и действует в узких условиях температуры и кислотности.
Катализ в промышленности
Катализаторы незаменимы в производстве. С их помощью получают аммиак, серную кислоту, перерабатывают нефть. Использование катализаторов снижает затраты энергии и ускоряет выпуск продукции.
Запомни: катализатор не смещает химическое равновесие и не расходуется — он лишь ускоряет наступление равновесия. Масса катализатора до и после реакции одинакова.
Виды катализа
Различают два основных вида катализа. Гомогенный катализ — когда катализатор и реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии, например все они растворены в воде. Гетерогенный катализ — когда катализатор твёрдый, а реагенты газообразные или жидкие; реакция идёт на поверхности катализатора. Для гетерогенного катализа важна большая площадь поверхности, поэтому катализаторы часто делают пористыми или измельчёнными.
Отравление катализаторов
Катализаторы чувствительны к примесям. Некоторые вещества — каталитические яды — прочно связываются с поверхностью катализатора и выводят его из строя. Поэтому в промышленности сырьё тщательно очищают перед подачей на катализатор. Это ещё раз показывает, насколько тонко устроено действие катализаторов и как важно беречь их чистоту.
Значение ферментов
Ферменты работают в миллионы раз эффективнее обычных катализаторов и при этом в мягких условиях — при температуре тела и обычном давлении. Если их нагреть слишком сильно, белок разрушается, и фермент теряет активность. Именно поэтому при высокой температуре тела человек чувствует себя плохо: нарушается работа ферментов. На действии ферментов основаны брожение, выпечка хлеба, изготовление сыра и многие другие процессы.
Кратко о главном
- Катализатор ускоряет реакцию, снижая энергию активации, и не расходуется.
- Ингибиторы, наоборот, замедляют реакции.
- Ферменты — биологические катализаторы белковой природы.
- Катализ широко применяют в промышленности и происходит в живых организмах.