Коротко: ионы йода ($I^{-}$) служат гомогенным катализатором — они дают альтернативный, пониженноэнергетический путь разложения перекиси водорода с образованием промежуточных йодно-содержащих соединений; после цикла катализатор восстанавливается, поэтому его добавление ускоряет скорость реакции.
Подробнее, с примерами стадий.
Общая реакция:
$$2H_2{O}_2\to 2H_{2}O+O_2.$$
Один из простых механизмов катализа ионами йода (в нейтральной/щелочной среде) описывается двумя элементарными стадиями:
$$H_2{O}_2+I^{-}\stackrel{k_1}{}HOI+O{H}^{-},$$ $$H_2{O}_2+HOI\stackrel{k_2}{}{H}_{2}O+O_2+I^{-}.$$ Суммарно эти стадии дают исходную реакцию, при этом $I^{-}$ расходуется на первой стадии и восстанавливается на второй — типичное поведение катализатора.
Почему это ускоряет реакцию:
- Вместо одновременного разрыва O–O связи и переноса электронов в одной «трудной» стадии происходит поэтапная передача электронов через промежуточный йод-сло́й ($HOI$ или $I{O}^{-}$), что уменьшает энергетический барьер (активационную энергию) для каждой отдельной стадии.
- Поскольку одна из элементарных стадий (обычно первая) может быть медленной и зависит от концентрации $I^{-}$, начальная скорость часто пропорциональна обеим концентрациям:
$$v\approx k[H_2{O}_2][I^{-}].$$ - Катализатор не расходуется в сумме реакций — он участвует в переносе электронов и затем восстанавливается, поэтому даже малые количества $I^{-}$ значительно повышают скорость.
Дополнительно: в кислой среде механизм немного меняется (образуется $I_2$ или $HOI$), но основной принцип тот же — йодные промежуточные стадии обеспечивают более лёгкий путь реакции и ускоряют разложение $H_2{O}_2$.