Kimyo - moddalar va ularning o'zgarishi, shuningdek ularni olish usullari haqidagi fan. Oddiy maktab o'quv dasturida ham reaktsiya turlari kabi muhim masala ko'rib chiqiladi. Maktab o'quvchilari asosiy darajada tanishtiriladigan tasniflash oksidlanish darajasining o'zgarishini, kurs fazasini, jarayonning mexanizmini va boshqalarni hisobga oladi. Bundan tashqari, barcha kimyoviy jarayonlar katalitik bo'lmagan va katalitik bo'linadi. reaktsiyalar. Katalizator ishtirokida sodir bo'ladigan o'zgarishlarga misollar oddiy hayotda odam tomonidan uchraydi: fermentatsiya, parchalanish. Biz uchun katalitik bo'lmagan transformatsiyalar juda kam uchraydi.
Katalizator nima
Bu oʻzaro taʼsir tezligini oʻzgartirishi mumkin boʻlgan, lekin uning oʻzida ishtirok etmaydigan kimyoviy moddadir. Agar jarayon katalizator yordamida tezlashtirilgan bo'lsa, biz ijobiy kataliz haqida gapiramiz. Jarayonga qo'shilgan modda reaktsiya tezligini pasaytirsa, u inhibitor deb ataladi.
Kataliz turlari
Bir jinsli va heterojen kataliz fazalari boʻyicha farqlanadi.boshlang'ich materiallar joylashgan. Agar o'zaro ta'sir qilish uchun olingan dastlabki komponentlar, shu jumladan katalizator, bir xil agregatsiya holatida bo'lsa, bir hil kataliz davom etadi. Reaksiyada turli fazali moddalar ishtirok etganda, heterojen kataliz sodir bo'ladi.
Harakatning tanlanishi
Kataliz faqat asbob-uskunalar unumdorligini oshirish vositasi emas, u hosil boʻladigan mahsulot sifatiga ijobiy taʼsir koʻrsatadi. Bu hodisani ko'pchilik katalizatorlarning selektiv (selektiv) ta'siri tufayli to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaning tezlashishi, yon jarayonlarning kamayishi bilan izohlash mumkin. Oxir-oqibat, olingan mahsulotlar yuqori tozalikka ega, moddalarni yanada tozalashga hojat yo'q. Katalizator ta'sirining selektivligi xom ashyoning ishlab chiqarishdan tashqari xarajatlarini real qisqartirish, yaxshi iqtisodiy foyda beradi.
Katalizatorni ishlab chiqarishda ishlatishning afzalliklari
Katalitik reaksiyalar yana nima bilan tavsiflanadi? Oddiy o'rta maktabdagi misollar shuni ko'rsatadiki, katalizatordan foydalanish jarayonni past haroratlarda amalga oshirishga imkon beradi. Tajribalar shuni tasdiqlaydiki, u energiya xarajatlarini sezilarli darajada kamaytirish uchun ishlatilishi mumkin. Bu, ayniqsa, dunyoda energiya resurslari yetishmaydigan zamonaviy sharoitda juda muhim.
Katalitik ishlab chiqarishga misollar
Katalitik reaksiyalardan qaysi sanoatda foydalaniladi? Bunday ishlab chiqarishlarga misollar:nitrat va sulfat kislotalar, vodorod, ammiak, polimerlar ishlab chiqarish, neftni qayta ishlash. Katalizdan organik kislotalar, bir atomli va koʻp atomli spirtlar, fenol, sintetik smolalar, boʻyoqlar va dori vositalari ishlab chiqarishda keng qoʻllaniladi.
Katalizator nima
Dmitriy Ivanovich Mendeleev kimyoviy elementlarining davriy tizimiga kiritilgan ko'plab moddalar, shuningdek ularning birikmalari katalizator bo'lishi mumkin. Eng keng tarqalgan tezlatgichlar orasida: nikel, temir, platina, kob alt, aluminosilikatlar, marganets oksidlari.
Katalizatorlarning xususiyatlari
Selektiv ta'sirga qo'shimcha ravishda katalizatorlar mukammal mexanik kuchga ega, ular katalitik zaharlarga bardosh bera oladi va oson tiklanadi (qayta tiklanadi).
Faza holatiga koʻra katalitik bir jinsli reaksiyalar gaz fazali va suyuq fazaga boʻlinadi.
Keling, ushbu turdagi reaktsiyalarni batafsil ko'rib chiqaylik. Eritmalarda vodorod kationlari H+, gidroksid asos ionlari OH-, metall kationlari M+ va erkin radikallar hosil bo‘lishiga hissa qo‘shuvchi moddalar kimyoviy o‘zgarishlarni tezlatuvchi rol o‘ynaydi.
Katalizning mohiyati
Kislotalar va asoslarning oʻzaro taʼsirida kataliz mexanizmi shundan iboratki, oʻzaro taʼsir qiluvchi moddalar va katalizator musbat ionlari (protonlar) oʻrtasida almashinish sodir boʻladi. Bunday holda, molekula ichidagi transformatsiyalar sodir bo'ladi. Shunga ko'rareaktsiyalar shunday bo'ladi:
- suvsizlanish (suvni ajratish);
- gidratatsiya (suv molekulalarining biriktirilishi);
- esterifikatsiya (spirtli va karboksilik kislotalardan efir hosil boʻlishi);
- polikondensatsiya (suvni yoʻqotish bilan polimer hosil boʻlishi).
Kataliz nazariyasi nafaqat jarayonning o'zini, balki mumkin bo'lgan yon o'zgarishlarni ham tushuntiradi. Geterogen katalizda jarayon tezlatgichi mustaqil faza hosil qiladi, reaksiyaga kirishuvchi moddalar yuzasidagi ba'zi markazlar katalitik xususiyatga ega yoki butun sirt ishtirok etadi.
Kolloid holatda katalizator mavjudligini o'z ichiga olgan mikrogeterogen jarayon ham mavjud. Bu variant katalizning bir jinslidan geterogen turiga o'tish holatidir. Ushbu jarayonlarning aksariyati qattiq katalizatorlar yordamida gazsimon moddalar o'rtasida sodir bo'ladi. Ular granulalar, planshetlar, donalar shaklida bo'lishi mumkin.
Katalizning tabiatda tarqalishi
Enzimatik kataliz tabiatda juda keng tarqalgan. Aynan biokatalizatorlar yordamida oqsil molekulalarining sintezi davom etadi, tirik organizmlarda metabolizm amalga oshiriladi. Tirik organizmlar ishtirokida sodir bo'ladigan biron bir biologik jarayon katalitik reaktsiyalarni chetlab o'tmaydi. Hayotiy jarayonlarga misollar: aminokislotalardan organizmga xos oqsillarni sintez qilish; yog'lar, oqsillar, uglevodlarning parchalanishi.
Kataliz algoritmi
Kataliz mexanizmini ko'rib chiqamiz. G'ovakli qattiq kimyoviy o'zaro ta'sir tezlatgichlarda sodir bo'ladigan bu jarayonga kiradio'zingiz uchun bir necha boshlang'ich bosqich:
- oqim yadrosidan katalizator donalarining yuzasiga o’zaro ta’sir qiluvchi moddalarning tarqalishi;
- reagentlarning katalizator teshiklarida tarqalishi;
- kimyoviy reaksiya tezlatgich yuzasida kimyoviy sirt moddalari - faollashtirilgan katalizator-reagent komplekslari paydo bo'lishi bilan kimyoviy sorbsiya (faollashtirilgan adsorbsiya);
- "katalizator-mahsulot" sirt birikmalarining paydo bo'lishi bilan atomlarning qayta joylashishi;
- mahsulot reaksiya tezlatgichining teshiklarida diffuziya;
- mahsulotning reaksiya tezlatgichining don yuzasidan yadro oqimiga tarqalishi.
Katalitik va katalitik bo'lmagan reaksiyalar shunchalik muhimki, olimlar bu sohada ko'p yillar davomida tadqiqotlarni davom ettirdilar.
Bir hil kataliz bilan maxsus tuzilmalarni qurishning hojati yo'q. Heterojen versiyada fermentativ kataliz turli xil va maxsus jihozlardan foydalanishni o'z ichiga oladi. Uning oqimi uchun aloqa yuzasiga (quvurlarda, devorlarda, katalizator panjaralarida) bo'lingan maxsus aloqa apparatlari ishlab chiqilgan; filtr qatlami bilan; tortilgan qatlam; harakatlanuvchi maydalangan katalizator bilan.
Qurilmalarda issiqlik almashinuvi turli usullar bilan amalga oshiriladi:
- masofali (tashqi) issiqlik almashtirgichlardan foydalanish orqali;
- kontakt apparatiga oʻrnatilgan issiqlik almashtirgichlar yordamida.
Kimyoda formulalarni tahlil qilib, katalizator kimyoviy oʻzaro taʼsir jarayonida hosil boʻladigan yakuniy mahsulotlardan biri boʻlgan reaksiyalarni ham topish mumkin.original komponentlar.
Bunday jarayonlar odatda avtokatalitik deb ataladi, hodisaning oʻzi kimyoda avtokataliz deb ataladi.
Koʻp oʻzaro taʼsirlar tezligi reaksiya aralashmasida maʼlum moddalar mavjudligi bilan bogʻliq. Ularning kimyodagi formulalari ko'pincha o'tkazib yuboriladi, ular "katalizator" so'zi yoki uning qisqartirilgan versiyasi bilan almashtiriladi. Ular yakuniy stereokimyoviy tenglamaga kiritilmagan, chunki ular o'zaro ta'sir tugagandan keyin miqdoriy nuqtai nazardan o'zgarmaydi. Ba'zi hollarda, jarayonning tezligini sezilarli darajada ta'sir qilish uchun oz miqdordagi moddalar etarli. Reaksiya idishining o'zi kimyoviy o'zaro ta'sirni tezlatuvchi vazifasini o'tasa, vaziyatlar ham maqbuldir.
Katalizatorning kimyoviy jarayon tezligini o'zgartirishga ta'sirining mohiyati shundaki, bu modda faol kompleks tarkibiga kiradi va shuning uchun kimyoviy o'zaro ta'sirning faollashuv energiyasini o'zgartiradi.
Bu kompleks parchalanganda katalizator qayta tiklanadi. Xulosa shuki, u sarflanmaydi, o'zaro ta'sir tugagandan keyin bir xil miqdorda qoladi. Aynan shuning uchun substrat (reaksiyaga kirishuvchi modda) bilan reaktsiyani amalga oshirish uchun faol moddaning oz miqdori etarli. Haqiqatda, kimyoviy jarayonlarda hali ham katalizatorlarning ahamiyatsiz miqdori iste'mol qilinadi, chunki turli xil yon jarayonlar mumkin: uning zaharlanishi, texnologik yo'qotishlar va qattiq katalizator yuzasi holatining o'zgarishi. Kimyoviy formulalar katalizatorni o'z ichiga olmaydi.
Xulosa
Faol modda (katalizator) ishtirok etadigan reaktsiyalar odamni o'rab oladi, bundan tashqari, ular uning tanasida ham sodir bo'ladi. Gomogen reaksiyalar heterojen o'zaro ta'sirlarga qaraganda ancha kam uchraydi. Har holda, birinchi navbatda oraliq komplekslar hosil bo'ladi, ular beqaror, asta-sekin yo'q qilinadi va kimyoviy jarayon tezlatgichining qayta tiklanishi (tiklanishi) kuzatiladi. Masalan, metafosfor kislotasi kaliy persulfat bilan reaksiyaga kirishganda, gidroiyod kislota katalizator vazifasini bajaradi. Reaktivlarga qo'shilsa, sariq rangli eritma hosil bo'ladi. Jarayonning oxiriga yaqinlashganda, rang asta-sekin yo'qoladi. Bunday holda, yod oraliq mahsulot sifatida ishlaydi va jarayon ikki bosqichda sodir bo'ladi. Ammo metafosfor kislotasi sintezlanishi bilan katalizator asl holatiga qaytadi. Katalizatorlar sanoatda ajralmas bo'lib, ular transformatsiyalarni tezlashtirishga va yuqori sifatli reaktsiya mahsulotlarini olishga yordam beradi. Ularning ishtirokisiz tanamizdagi biokimyoviy jarayonlar ham mumkin emas.
