اثر کاتالیزگر بر سرعت واکنش

نقش کاتالیزگر بر انرژی فعال‌سازی و سرعت واکنش

کاتالیزگر ماده‌ای است که سرعت واکنش شیمیایی را افزایش می‌دهد بدون آنکه خودش در پایان واکنش مصرف شود.

تأثیرات کاتالیزگر:

1.  کاهش انرژی فعال‌سازی: کاتالیزگر با ارائه یک مسیر جایگزین (با انرژی فعال‌سازی کمتر)، سد انرژی(قله) واکنش را پایین می‌آورد.

2.  برابری کاهش Ea​ رفت و برگشت: کاتالیزگر مقادیر \(\mathbf{Ea}_\mathbf{(رفت)}\) و \(\mathbf{Ea}_\mathbf{(برگشت)}\mathbf{}\) را به یک اندازه کاهش می‌دهد نه به یک نسبت.

3.  عدم تغییر \(\mathbf{\Delta H}\): چون سطح انرژی اولیه واکنشدهنده‌ها و سطح انرژی نهایی فرآورده‌ها تغییری نمی‌کند، آنتالپی واکنش (ΔH) با حضور کاتالیزگر تغییر نمی‌کند.

4.  افزایش سرعت: به دلیل کاهش Ea​، تعداد بیشتری از ذرات می‌توانند از قله انرژی عبور کنند و سرعت واکنش رفت و برگشت به یک نسبت افزایش می‌یابد.\[\mathbf{\Delta H}\mathbf{\text{با کاتالیزگر}}\mathbf{ = \Delta H}\mathbf{\text{بدون کاتالیزگز}}\]

مسئله نمونه:

در یک واکنش شیمیایی برگشت‌پذیر، انرژی فعال‌سازی واکنش رفت برابر \(\mathbf{85}\mathbf{\ }\mathbf{kJ/mol}\)و آنتالپی واکنش برابر\(\mathbf{- 45}\mathbf{\ }\mathbf{kJ/mol}\)است:

1.  نوع واکنش از نظر گرمایی چیست؟

2.  انرژی فعال‌سازی واکنش برگشت را حساب کنید.

3.  اگر با افزودن کاتالیزگر، انرژی فعال‌سازی رفت \(\mathbf{30}\mathbf{\ }\mathbf{kJ/mol}\)کاهش یابد، انرژی فعال‌سازی برگشت در حضور کاتالیزگر چقدر خواهد بود؟

پاسخ:

1.  چون \(\mathbf{\Delta H}\mathbf{=}\mathbf{- 45}\mathbf{\ }\mathbf{kJ/mol}\mathbf{<}\mathbf{0}\) است، واکنش گرماده می‌باشد.

2.  با استفاده از فرمول اصلی

\[\mathbf{\mathrm{\Delta}}\mathbf{H\  = \ Ea}_\mathbf{رفت\ }\mathbf{-}\mathbf{\ }\mathbf{Ea}_\mathbf{برگشت\ }\mathbf{\rightarrow}\mathbf{- 45 = 85 -}\mathbf{Ea}_\mathbf{برگشت}\mathbf{\rightarrow}\mathbf{Ea}_\mathbf{برگشت}\mathbf{= 130\ KJ/mol}\]

3.با اضافه کردن کاتالیزگر انرژی فعال سازی رفت و برگشت به یک اندازه کاهش می یابد،بنابراین اگر انرژی فعال سازی رفت را 30 کیلوژول بر مول کاهش دهد ،انرژی فعال سازی برگشت را نیز به همین مقدار کاهش می دهد:

\[\mathbf{Ea} _\mathbf{یرگشت}( \mathbf{\text{در حضور کاتالیزگر}})\mathbf{= 130 - 30 = 100\ KJ/mol}\]