Chemie is die wetenskap van stowwe en hul transformasies, sowel as metodes om dit te verkry. Selfs in 'n gewone skoolkurrikulum word so 'n belangrike kwessie soos tipe reaksies oorweeg. Die klassifikasie waaraan skoolkinders op die basiese vlak bekendgestel word, neem die verandering in die graad van oksidasie, die fase van die kursus, die meganisme van die proses, ens in ag. Daarbenewens word alle chemiese prosesse in nie-katalitiese en katalitiese verdeel. reaksies. Voorbeelde van transformasies wat plaasvind met die deelname van 'n katalisator word deur 'n persoon in die gewone lewe teëgekom: fermentasie, verval. Nie-katalitiese transformasies is baie skaarser vir ons.
Wat is 'n katalisator
Dit is 'n chemiese stof wat die tempo van interaksie kan verander, maar nie self daaraan deelneem nie. In die geval wanneer die proses met behulp van 'n katalisator versnel word, praat ons van positiewe katalise. In die geval dat 'n stof wat by die proses gevoeg word die tempo van die reaksie verminder, word dit 'n inhibeerder genoem.
Tipes katalise
Homogene en heterogene katalise verskil in fase, inwaar die beginmateriaal geleë is. As die aanvanklike komponente wat vir interaksies geneem word, insluitend die katalisator, in dieselfde toestand van aggregasie is, gaan homogene katalise voort. In die geval waar stowwe van verskillende fases aan die reaksie deelneem, vind heterogene katalise plaas.
Selektiwiteit van aksie
Katalise is nie net 'n manier om die produktiwiteit van toerusting te verhoog nie, dit het 'n positiewe uitwerking op die kwaliteit van die produkte wat daaruit voortvloei. Hierdie verskynsel kan verklaar word deur die feit dat as gevolg van die selektiewe (selektiewe) werking van die meeste katalisators, die direkte reaksie versnel word, neweprosesse verminder. Op die ou end is die resulterende produkte van hoë suiwerheid, dit is nie nodig om die stowwe verder te suiwer nie. Die selektiwiteit van die katalisatoraksie gee 'n werklike vermindering in nie-produksiekoste van grondstowwe, 'n goeie ekonomiese voordeel.
Voordele van die gebruik van 'n katalisator in produksie
Wat anders kenmerk katalitiese reaksies? Voorbeelde van 'n tipiese hoërskool toon dat die gebruik van 'n katalisator die proses by laer temperature laat uitvoer. Eksperimente bevestig dat dit gebruik kan word om energiekoste aansienlik te verminder. Dit is veral belangrik in moderne toestande, wanneer daar 'n gebrek aan energiebronne in die wêreld is.
Voorbeelde van katalitiese produksie
Watter bedryf gebruik katalitiese reaksies? Voorbeelde van sulke produksies:produksie van salpeter- en swawelsure, waterstof, ammoniak, polimere, olieraffinering. Katalise word wyd gebruik in die produksie van organiese sure, monohidriese en veelhidriese alkohole, fenol, sintetiese harse, kleurstowwe en medisyne.
Wat is die katalisator
Baie stowwe wat in die periodieke tabel van chemiese elemente van Dmitri Ivanovich Mendeleev is, sowel as hul verbindings, kan as katalisators optree. Van die mees algemene versnellers is: nikkel, yster, platinum, kob alt, aluminosilikate, mangaanoksiede.
Kenmerke van katalisators
Benewens selektiewe werking, het katalisators uitstekende meganiese sterkte, hulle is in staat om katalitiese gifstowwe te weerstaan en word maklik regenereer (herwin).
Volgens die fasetoestand word katalitiese homogene reaksies in gasfase en vloeistoffase verdeel.
Kom ons kyk na hierdie tipe reaksies van nader. In oplossings dien waterstofkatione H+, hidroksiedbasisione OH-, metaalkatione M+ en stowwe wat bydra tot die vorming van vrye radikale as 'n versneller van chemiese transformasie.
Die essensie van katalise
Die meganisme van katalise in die interaksie van sure en basisse is dat daar 'n uitruiling tussen die interaktiewe stowwe en die katalisator positiewe ione (protone) is. In hierdie geval vind intramolekulêre transformasies plaas. Hiervolgensreaksies lyk soos volg:
- dehidrasie (waterlosmaak);
- hidrasie (hegting van watermolekules);
- verestering (estervorming van alkohole en karboksielsure);
- polikondensasie (vorming van 'n polimeer met die eliminasie van water).
Die teorie van katalise verduidelik nie net die proses self nie, maar ook moontlike sytransformasies. In die geval van heterogene katalise vorm die versneller van die proses 'n onafhanklike fase, sommige sentra op die oppervlak van die reaktante besit katalitiese eienskappe, of die hele oppervlak is betrokke.
Daar is ook 'n mikroheterogene proses, wat die teenwoordigheid van 'n katalisator in 'n kolloïdale toestand behels. Hierdie variant is 'n oorgangstoestand van 'n homogene na 'n heterogene tipe katalise. Die meeste van hierdie prosesse vind plaas tussen gasvormige stowwe wat vaste katalisators gebruik. Hulle kan in die vorm van korrels, tablette, korrels wees.
Verspreiding van katalise in die natuur
Ensiematiese katalise is redelik wydverspreid in die natuur. Dit is met behulp van biokatalisators dat die sintese van proteïenmolekules voortgaan, die metabolisme in lewende organismes word uitgevoer. Nie 'n enkele biologiese proses wat plaasvind met die deelname van lewende organismes omseil katalitiese reaksies nie. Voorbeelde van lewensbelangrike prosesse: sintese van proteïene eie aan die liggaam uit aminosure; afbreek van vette, proteïene, koolhidrate.
Katalise-algoritme
Kom ons kyk na die meganisme van katalise. Hierdie proses, wat op poreuse vaste chemiese interaksieversnellers plaasvind, sluit injouself 'n paar elementêre stadiums:
- diffusie van interaktiewe stowwe na die oppervlak van katalisatorkorrels vanaf die kern van die vloei;
- diffusie van reagense in die porieë van die katalisator;
- chemisorpsie (geaktiveerde adsorpsie) op die oppervlak van 'n chemiese reaksieversneller met die voorkoms van chemiese oppervlakstowwe - geaktiveerde katalisator-reagenskomplekse;
- herrangskikking van atome met die voorkoms van oppervlakkombinasies "katalisator-produk";
- diffusie in die porieë van die produkreaksieversneller;
- diffusie van die produk vanaf die korreloppervlak van die reaksieversneller in die kernvloei.
Katalitiese en nie-katalitiese reaksies is so belangrik dat wetenskaplikes al jare lank navorsing op hierdie gebied voortgesit het.
Met homogene katalise is dit nie nodig om spesiale strukture te bou nie. Ensiematiese katalise in die heterogene weergawe behels die gebruik van verskeie en spesifieke toerusting. Vir die vloei daarvan is spesiale kontakapparate ontwikkel, onderverdeel volgens die kontakoppervlak (in buise, op mure, katalisatorroosters); met 'n filterlaag; geweegde laag; met bewegende verpulverde katalisator.
Hittewisseling in toestelle word op verskillende maniere geïmplementeer:
- deur die gebruik van afgeleë (eksterne) hitteruilers;
- met die hulp van hitteruilers wat in die kontakapparaat ingebou is.
Deur formules in chemie te ontleed, kan mens ook sulke reaksies vind waarin die katalisator een van die eindprodukte is wat tydens die chemiese interaksie gevorm wordoorspronklike komponente.
Sulke prosesse word gewoonlik outokatalisties genoem, die verskynsel self word outokatalise in chemie genoem.
Die tempo van baie interaksies word geassosieer met die teenwoordigheid van sekere stowwe in die reaksiemengsel. Hul formules in chemie word meestal gemis, vervang deur die woord "katalisator" of die verkorte weergawe daarvan. Hulle word nie by die finale stereochemiese vergelyking ingesluit nie, aangesien hulle nie vanuit 'n kwantitatiewe oogpunt verander na die voltooiing van die interaksie nie. In sommige gevalle is klein hoeveelhede stowwe voldoende om die spoed van die proses aansienlik te beïnvloed. Situasies is ook redelik aanvaarbaar wanneer die reaksiehouer self as 'n versneller van chemiese interaksie optree.
Die kern van die effek van 'n katalisator op die verandering van die tempo van 'n chemiese proses is dat hierdie stof by die samestelling van die aktiewe kompleks ingesluit is, en dus die aktiveringsenergie van die chemiese interaksie verander.
Wanneer hierdie kompleks ontbind, word die katalisator geregenereer. Die slotsom is dat dit nie bestee sal word nie, dit sal in dieselfde bedrag bly na die einde van die interaksie. Dit is om hierdie rede dat 'n klein hoeveelheid van die aktiewe stof heeltemal voldoende is om die reaksie met die substraat (reagerende stof) uit te voer. In werklikheid word onbeduidende hoeveelhede katalisators steeds tydens chemiese prosesse verbruik, aangesien verskeie neweprosesse moontlik is: die vergiftiging daarvan, tegnologiese verliese en 'n verandering in die toestand van die oppervlak van 'n soliede katalisator. Chemie-formules sluit nie 'n katalisator in nie.
Gevolgtrekking
Reaksies waarin 'n aktiewe stof (katalisator) deelneem, omring 'n persoon, buitendien kom dit ook in sy liggaam voor. Homogene reaksies is baie minder algemeen as heterogene interaksies. In elk geval word intermediêre komplekse eers gevorm, wat onstabiel is, word geleidelik vernietig, en herlewing (herwinning) van die versneller van die chemiese proses word waargeneem. Byvoorbeeld, wanneer metafosforsuur met kaliumpersulfaat reageer, dien hidrojodsuur as 'n katalisator. Wanneer dit by die reaktante gevoeg word, word 'n geel oplossing gevorm. Soos jy die einde van die proses nader, verdwyn die kleur geleidelik. In hierdie geval dien jodium as 'n tussenproduk, en die proses vind in twee fases plaas. Maar sodra metafosforsuur gesintetiseer word, keer die katalisator terug na sy oorspronklike toestand. Katalisators is onontbeerlik in die industrie, dit help om transformasies te bespoedig en om reaksieprodukte van hoë geh alte te verkry. Biochemiese prosesse in ons liggaam is ook onmoontlik sonder hul deelname.
