Номер 4, страница 65 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Проверьте свои знания. Параграф 11. Скорость химических реакций. Глава II. Химические реакции - номер 4, страница 65.

Условие.

4. Что такое катализаторы? Где можно наиболее эффективно использовать ингибиторы?

Решение.

Решение 2.

Что такое катализаторы?

Катализаторы — это химические вещества, которые ускоряют скорость химической реакции, но сами при этом не расходуются и не входят в состав конечных продуктов. Основной принцип действия катализатора заключается в предоставлении альтернативного пути реакции с более низкой энергией активации ($E_a$). Энергия активации — это минимальная энергия, которую должны иметь реагирующие частицы, чтобы их столкновение привело к химическому превращению. Снижая этот энергетический барьер, катализатор позволяет большему числу молекул вступать в реакцию за единицу времени, что и приводит к увеличению скорости.

Ключевые свойства катализаторов:

• Специфичность (избирательность): Многие катализаторы действуют только на определенную реакцию или тип реакций. Например, ферменты в живых организмах обладают очень высокой специфичностью.
• Неизменность в ходе реакции: Катализатор может вступать в промежуточные взаимодействия с реагентами, но в конце цикла он регенерируется в исходном виде. Поэтому для ускорения реакции требуется лишь небольшое количество катализатора.
• Не влияют на химическое равновесие: Катализаторы одинаково ускоряют как прямую, так и обратную реакции, поэтому они не смещают положение химического равновесия, а лишь ускоряют его достижение.

Катализаторы бывают двух основных типов:

1. Гомогенные катализаторы: Находятся в той же фазе (газ, жидкость), что и реагенты. Пример: использование ионов $H^+$ в кислотном катализе при этерификации.
2. Гетерогенные катализаторы: Находятся в другой фазе, чем реагенты (обычно твердое вещество в газовой или жидкой среде). Пример: использование твердого железного катализатора в процессе Габера-Боша для синтеза аммиака из азота и водорода: $N_2(г) + 3H_2(г) \xrightarrow{Fe(тв.)} 2NH_3(г)$.

В биологических системах роль катализаторов выполняют ферменты — белковые молекулы, ускоряющие биохимические реакции в миллионы раз.

Следует отметить, что вещества, которые замедляют химические реакции, называются ингибиторами или отрицательными катализаторами.

Ответ: Катализаторы — это вещества, которые увеличивают скорость химических реакций, предоставляя альтернативный реакционный путь с более низкой энергией активации, при этом сами не расходуются в процессе реакции.

Где можно наиболее эффективно использовать ингибиторы?

Ингибиторы (отрицательные катализаторы) — это вещества, которые замедляют или полностью останавливают протекание химических реакций. Их эффективность проявляется там, где необходимо предотвратить нежелательные химические процессы или контролировать скорость реакции. Наиболее эффективное использование ингибиторов наблюдается в следующих областях:

• Пищевая промышленность: Для предотвращения порчи продуктов. Антиоксиданты, такие как аскорбиновая кислота (витамин C) или бутилированный гидрокситолуол (BHT), добавляют в жиры, масла и другие продукты, чтобы замедлить процессы окисления, которые приводят к прогорканию и потере питательной ценности. Консерванты также являются ингибиторами роста микроорганизмов.
• Защита от коррозии: Ингибиторы коррозии значительно замедляют процесс разрушения металлов. Их добавляют в системы охлаждения автомобилей (антифризы), в воду для котлов, наносят в виде защитных покрытий на металлические поверхности или используют в упаковочных материалах для защиты металлических изделий при транспортировке и хранении.
• Химическая промышленность и полимеры: Для стабилизации активных веществ. Например, при хранении и транспортировке мономеров (таких как стирол или винилацетат) в них добавляют ингибиторы (например, гидрохинон), чтобы предотвратить их самопроизвольную преждевременную полимеризацию. Также ингибиторы используют для остановки реакции на стадии получения нужного промежуточного продукта.
• Медицина и фармакология: Многие лекарственные препараты являются ингибиторами ферментов. Они избирательно блокируют активность определенных ферментов в организме, которые участвуют в развитии заболеваний. Например, антибиотик пенициллин ингибирует фермент, отвечающий за синтез клеточной стенки бактерий, что приводит к их гибели. Ингибиторы АПФ используются для лечения гипертонии, а ингибиторы протонной помпы — для лечения язвенной болезни желудка.
• Контроль горения и взрывов: Флегматизаторы (тип ингибиторов) добавляют к взрывчатым веществам для снижения их чувствительности к удару и трению. Антипирены, добавляемые в пластмассы, текстиль и строительные материалы, ингибируют реакции горения, делая материалы более пожаробезопасными.

Ответ: Ингибиторы наиболее эффективно используются для предотвращения нежелательных процессов, таких как коррозия металлов, порча пищевых продуктов, неконтролируемая полимеризация мономеров, а также в медицине в качестве лекарственных средств, блокирующих активность ферментов, и для обеспечения пожарной и взрывобезопасности.