Химия – заттар жана алардын өзгөрүшү, ошондой эле аларды алуу ыкмалары жөнүндөгү илим. Кадимки мектеп программасында да реакциянын түрлөрү сыяктуу маанилүү маселе каралат. Мектеп окуучулары базалык деңгээлде тааныштырыла турган классификацияда кычкылдануу даражасынын өзгөрүшү, курстун фазасы, процесстин механизми ж.б. эске алынат. Мындан тышкары бардык химиялык процесстер каталитикалык эмес жана каталитикалык болуп бөлүнөт. реакциялар. Катализатордун катышуусу менен болуп жаткан өзгөрүүнүн мисалдарын адам кадимки жашоодо жолугат: ачытуу, ажыроо. Каталитикалык эмес трансформациялар биз үчүн сейрек кездешет.
Катализатор деген эмне
Бул химиялык зат, ал өз ара аракеттенүү ылдамдыгын өзгөртө алат, бирок ага өзү катышпайт. Катализатордун жардамы менен процесс тездетилген учурда, биз оң катализ жөнүндө сөз болуп жатат. Процесске кошулган зат реакциянын ылдамдыгын азайткан учурда, ал ингибитор деп аталат.
Катализдин түрлөрү
Бир тектүү жана гетерогендүү катализ фазасы боюнча айырмаланат,баштапкы материалдар жайгашкан. Эгерде өз ара аракеттенүү үчүн кабыл алынган баштапкы компоненттер, анын ичинде катализатор, агрегаттын бирдей абалында болсо, бир тектүү катализ жүрөт. Реакцияга түрдүү фазадагы заттар катышкан учурда гетерогендик катализ жүрөт.
Иш-аракеттин тандоосу
Катализ жабдуулардын өндүрүмдүүлүгүн жогорулатуунун гана каражаты эмес, ал алынган продукциянын сапатына жакшы таасирин тийгизет. Бул кубулушту көпчүлүк катализаторлордун тандалма (тандоо) аракетинен түз реакциянын ылдамдашы, каптал процесстеринин кыскарышы менен түшүндүрүүгө болот. Акыр-аягы, алынган продуктылар жогорку тазалыкка ээ, мындан ары заттарды тазалоонун кереги жок. Катализатордун аракетинин тандалмачылыгы сырьенун өндүрүштүк эмес чыгымдарын реалдуу кыскартууну, жакшы экономикалык пайданы берет.
Катализаторду өндүрүштө колдонуунун пайдасы
Катализдик реакциялар дагы эмне менен мүнөздөлөт? Кадимки орто мектептен алынган мисалдар катализаторду колдонуу процессти төмөнкү температурада жүргүзүүгө мүмкүндүк берерин көрсөтүп турат. Тажрыйбалар аны энергиянын чыгымдарын бир топ кыскартуу үчүн колдонсо болорун ырастап турат. Бул дүйнөдө энергетикалык ресурстар жетишсиз болуп турган заманбап шарттарда өзгөчө маанилүү.
Катализдик өндүрүштүн мисалдары
Катализдик реакциялар кайсы тармакта колдонулат? Мындай өндүрүштөрдүн мисалдары:азот жана күкүрт кислоталарын, суутек, аммиак, полимерлерди өндүрүү, нефтини кайра иштетүү. Катализ органикалык кислоталарды, бир атомдуу жана көп атомдуу спирттерди, фенолду, синтетикалык чайырларды, боёкторду жана дарыларды өндүрүүдө кеңири колдонулат.
Катализатор деген эмне
Дмитрий Иванович Менделеевдин химиялык элементтеринин мезгилдик системасына кирген көптөгөн заттар, ошондой эле алардын кошулмалары катализатордун ролун аткара алат. Кеңири таралган тездеткичтердин арасында: никель, темир, платина, кобальт, алюмосиликаттар, марганец оксиддери.
Катализаторлордун өзгөчөлүктөрү
Тандоо аракетинен тышкары катализаторлор эң сонун механикалык күчкө ээ, каталитикалык ууларга туруштук бере алышат жана оңой регенерацияланат (калыбына келтирилет).
Фазалык абалына ылайык каталитикалык гомогендик реакциялар газ-фаза жана суюк фаза болуп бөлүнөт.
Келгиле, мындай реакциялардын түрлөрүн кененирээк карап чыгалы. Эритмелерде суутек катиондору Н+, гидроксиддик негиз иондору OH-, металл катиондору M+ жана эркин радикалдардын пайда болушуна көмөктөшүүчү заттар химиялык өзгөрүүнү тездетүүчү ролду ойношот.
Катализдин маңызы
Кислоталар менен негиздердин өз ара аракеттенүүсүндө катализдин механизми – өз ара аракеттенүүчү заттар менен катализатордун оң иондору (протондор) ортосунда алмашуу болот. Бул учурда молекула ичиндеги трансформациялар ишке ашат. Буга ылайыкреакциялар мындай болот:
- суусуздануу (суунун бөлүнүшү);
- гидратация (суунун молекулаларынын кошулуусу);
- эстерификация (спирттерден жана карбон кислоталарынан эфирдин пайда болушу);
- поликонденсация (сууну жок кылуу менен полимердин пайда болушу).
Катализ теориясы процесстин өзүн гана эмес, мүмкүн болгон каптал трансформацияларды да түшүндүрөт. Гетерогендүү катализ учурунда процесстин ылдамдаткычы өз алдынча фазаны түзөт, реакцияга кирүүчү заттардын бетиндеги кээ бир борборлор каталитикалык касиетке ээ болот же бүткүл бет катышат.
Микрогетерогендүү процесс да бар, ал катализатордун коллоиддик абалында болушун камтыйт. Бул вариант катализдин бир тектүү түрүнөн гетерогендик түрүнө өтүүчү абал. Бул процесстердин көбү катуу катализаторлордун жардамы менен газ түрүндөгү заттардын ортосунда жүрөт. Алар гранулдар, таблеткалар, дан түрүндө болушу мүмкүн.
Катализдин жаратылышта таралышы
Ферменттик катализ табиятта кеңири таралган. Дал биокатализаторлордун жардамы менен белок молекулаларынын синтези жүрүп, тирүү организмдерде зат алмашуу жүрөт. Тирүү организмдердин катышуусу менен болгон бир дагы биологиялык процесс каталитикалык реакцияларды кыйгап өтпөйт. Жашоо процесстеринин мисалдары: аминокислоталардан организмге тиешелүү белоктордун синтези; майлардын, белоктордун, углеводдордун бөлүнүшү.
Катализ алгоритми
Катализдин механизмин карап көрөлү. Бул процесс, кеуектүү катуу химиялык өз ара аракеттенүүнү тездеткичтерде ишке ашатбир нече башталгыч баскычтар:
- өз ара аракеттенүүчү заттардын агымдын өзөгүнөн катализатор бүртүкчөлөрүнүн бетине диффузиясы;
- катализатордун тешикчелериндеги реагенттердин диффузиясы;
- химиялык реакцияны тездеткичтин бетинде химиялык беттик заттардын - активдештирилген катализатор-реагент комплекстеринин пайда болушу менен химсорбция (активдүү адсорбция);
- "катализатор-продукт" беттик комбинацияларынын пайда болушу менен атомдордун кайра жайгашуусу;
- продукциянын реакциясын тездеткичтин тешикчелеринде диффузия;
- продукциянын реакция тездеткичинин дан бетинен өзөк агымына диффузиясы.
Катализдик жана каталитикалык эмес реакциялар ушунчалык маанилүү болгондуктан, окумуштуулар бул жаатта көп жылдар бою изилдөөнү улантып келишет.
Бир тектүү катализ менен атайын структураларды куруунун кереги жок. Гетерогендик версиядагы ферменттик катализ ар кандай жана конкреттүү жабдууларды колдонууну камтыйт. Анын агымы үчүн контакттык бетине жараша (түтүкчөлөрдө, дубалдарда, катализатор торчолорунда) бөлүнүүчү атайын контакттуу аппараттар иштелип чыккан; чыпка катмары менен; таразаланган катмар; кыймылдуу майдаланган катализатор менен.
Аппараттардагы жылуулук алмашуу ар кандай жолдор менен ишке ашырылат:
- алыстагы (тышкы) жылуулук алмаштыргычтарды колдонуу аркылуу;
- байланыш аппаратына орнотулган жылуулук алмаштыргычтардын жардамы менен.
Химиядагы формулаларды талдоо менен катализатор химиялык өз ара аракеттенүү учурунда пайда болгон акыркы продуктылардын бири болгон реакцияларды да табууга болот.баштапкы компоненттер.
Мындай процесстер адатта автокаталитикалык деп аталат, кубулуштун өзү химияда автокатализ деп аталат.
Көптөгөн өз ара аракеттенүү ылдамдыгы реакция аралашмасында айрым заттардын болушу менен байланыштуу. Алардын химиядагы формулалары көбүнчө "катализатор" деген сөзгө же анын кыскартылган версиясына алмаштырылат. Алар өз ара аракеттенүү аяктагандан кийин сандык көз караштан өзгөрбөгөндүктөн, акыркы стереохимиялык теңдемеге кирбейт. Кээ бир учурларда, аз өлчөмдөгү заттар процесстин ылдамдыгына олуттуу таасир этет. Реакция идишинин өзү химиялык өз ара аракеттенүүнү тездетүүчү ролду ойногондо да жагдайлар абдан алгылыктуу.
Катализатордун химиялык процесстин ылдамдыгын өзгөртүүгө тийгизген таасиринин маңызы бул зат активдүү комплекстин курамына кирет, демек, химиялык өз ара аракеттенүүнүн активдешүү энергиясын өзгөртөт.
Бул комплекс ыдыраганда катализатор кайра жаралат. Жыйынтык: ал жумшалбайт, өз ара аракеттенүү аяктагандан кийин ошол эле өлчөмдө калат. Дал ушул себептен улам, субстрат (реакциялашуучу зат) менен реакцияны жүргүзүү үчүн активдүү заттын бир аз өлчөмү жетиштүү. Чындыгында, химиялык процесстер учурунда катализаторлордун анча чоң эмес көлөмү дагы эле керектелет, анткени ар кандай кошумча процесстер: анын уулануусу, технологиялык жоготуулар жана катуу катализатордун бетинин абалынын өзгөрүшү мүмкүн. Химия формулаларында катализатор жок.
Тыянак
Активдүү зат (катализатор) катышкан реакциялар адамды курчап турат, андан тышкары анын организминде да болот. Гомогендик реакциялар гетерогендүү өз ара аракеттенишүүлөргө караганда бир топ аз кездешет. Кандай болгон күндө да биринчи кезекте туруксуз, акырындык менен бузулуп, химиялык процесстин тездеткичинин регенерациясы (калыбына келтирүү) байкалган аралык комплекстер түзүлөт. Мисалы, метафосфор кислотасы калий персульфаты менен реакцияга киргенде, йод кислотасы катализатордун ролун аткарат. Аны реактивдерге кошкондо сары эритме пайда болот. Процесстин аягына жакындаган сайын түс акырындап жоголот. Бул учурда, йод аралык продукт катары иштейт жана процесс эки этапта жүрөт. Бирок метафосфор кислотасы синтезделе баштаганда катализатор баштапкы абалына келет. Катализаторлор өнөр жайда өтө зарыл, алар трансформацияны тездетүүгө жана жогорку сапаттагы реакция продуктуларын алууга жардам берет. Биздин организмдеги биохимиялык процесстер алардын катышуусусуз мүмкүн эмес.
