Катализаторами называются вещества, способные ускорять химические реакции, сами оставаясь при этом неизменными

Еще одно важное свойство катализаторов заключается в способности повышать избирательность протекания реакций. Если какие-то реагенты могут реагировать между собой по разным направлениям (то есть давать несколько различных продуктов), то с участием катализаторов во многих случаях образуется только какой-то один продукт реакции. Избирательное протекание реакции называется селективностью. Таким образом, главные полезные свойства катализаторов заключаются в повышении скорости и селективности химических реакций.

В качестве примера рассмотрим реакцию разложения этилового спирта СН₃СН₂ОН (этанола). Без катализатора эта реакция идет с трудом (нужна высокая температура) и не селективно. Один путь реакции приводит к образованию этилена Н₂С=СН₂ и воды Н₂О, другой - уксусного альдегида СН₃СНО и водорода Н₂:

При пропускании паров этанола через накаленную до 700 ^оС стеклянную трубку обе реакции идут параллельно. Примерно 20% этанола превращается в этилен и воду, а 80% - в уксусный альдегид и водород.

Образование этилена из этанола без катализатора идет с образованием очень неустойчивых промежуточных продуктов. Применение катализатора - твердого оксида алюминия Al₂O₃ - заставляет реакцию идти по другому пути, где промежуточные продукты уже более устойчивы и, следовательно, меньше энергия активации реакции (рис. 1-11).

Рис. 1-11. В присутствии катализатора Al₂O₃ реакция разложения этанола протекает по пути с меньшей энергией активации Е_а, чем без катализатора. Тепловой эффект реакции при этом не меняется. Подобная закономерность характерна не только для эндотермических, но и для экзотермических реакций.

В присутствии Al₂O₃ реакция заметно ускоряется и уже нет необходимости нагревать наполненную катализатором трубку до 700 ^оС - реакция с хорошей скоростью идет при 300 ^оС. Но это еще не весь эффект от применения катализатора! Реакция теперь идет с образованием этилена и воды, а уксусный альдегид и водород в этом случае не образуются. Таким образом, катализатор позволяет проводить реакцию разложения этанола селективно:

В приведенном примере реагент (этанол) и катализатор (порошкообразный оксид Al₂O₃) при 300 ^оС находятся в разных фазах - газообразной и твердой. В этом случае мы имеем дело с гетерогенным катализом. Если же реагенты и катализатор находятся в одной фазе - например, оба являются газами или оба растворены в каком-либо растворителе - то говорят о гомогенном катализе.