Katalizinės reakcijos: pavyzdžiai. Homogeninė ir heterogeninė katalizė

Chemija yra medžiagų medžiagų ir jų transformacijos mokslas, irtaip pat būdus juos gauti. Net įprastoje mokyklos mokymo programoje svarstomas svarbus klausimas, pavyzdžiui, reakcijų tipai. Klasifikavimas, kuris supažindina studentus su pagrindiniu lygmeniu, atsižvelgiama į oksidacijos laipsnio pasikeitimą, srauto fazę, proceso mechanizmą ir tt Be to, visi cheminiai procesai yra suskirstyti į nekatalizuojančias ir katalizines reakcijas. Transformacijos, susidarančios dalyvaujant katalizatoriui, pavyzdžiai yra įprastame gyvenime: fermentacija, skilimas. Ne katalizinės transformacijos yra daug rečiau.

Kas yra katalizatorius?

Tai cheminė medžiaga, kuri gali pasikeistisąveikos greitis, bet ji nedalyvauja. Tuo atveju, kai katalizatorius pagreitina procesą, tai yra teigiamos katalizės klausimas. Jei procesui pridedama medžiaga sumažina reakcijos greitį, ji vadinama inhibitoriumi.

Katalizės tipai

Vienalytė ir nevienalytė katalizė skiriasietapas, kuriame yra pradinės medžiagos. Jei pradinės sudedamosios dalys, naudojamos sąveikai, įskaitant katalizatorių, yra toje pačioje agregavimo būsenoje, vyksta homogeninė katalizė. Tuo atveju, kai reakcijoje dalyvauja skirtingos fazės medžiagos, vyksta heterogeninė katalizė.

Veiklos selektyvumas

Katalizė yra ne tik priemonėdidinant įrangos našumą, tai teigiamai veikia gaunamų produktų kokybę. Tai galima paaiškinti tuo, kad dėl daugelio katalizatorių atrankinio veikimo paspartėja tiesioginė reakcija, sumažėja šalutiniai procesai. Galiausiai gaunami produktai yra labai gryni, nereikia toliau valyti šių medžiagų. Katalizatoriaus veikimo selektyvumas realiai sumažina žaliavų gamybos sąnaudas, o tai yra gera ekonominė nauda.

Katalizatoriaus panaudojimo gamyboje privalumai

Kas dar yra katalizinės reakcijos? Pavyzdžiai, kurie yra laikomi įprastoje vidurinėje mokykloje, rodo, kad naudojant katalizatorių procesas gali būti atliekamas esant žemesnei temperatūrai. Eksperimentai patvirtina, kad jis gali būti naudojamas žymiai sumažinti energijos sąnaudas. Tai ypač svarbu moderniomis sąlygomis, kai pasaulyje trūksta energijos išteklių.

Katalizinių gaminių pavyzdžiai

Kuri pramonė naudoja katalizatoriųreakcija? Tokių gaminių pavyzdžiai: azoto ir sieros rūgščių gamyba, vandenilis, amoniakas, polimerai, naftos perdirbimas. Plačiai naudojama katalizė, gaminant organines rūgštis, monohidrinius ir daugiakampius alkoholius, fenolą, sintetines dervas, dažiklius, vaistus.

Kas yra katalizatorius?

Kaip katalizatoriai, daugelismedžiagos, kurios yra periodinėje sistemoje cheminių elementų Дмитрия Ивановича Менделеева, taip pat jų junginiai. Tarp labiausiai paplitusių greitintuvų yra: nikelis, geležis, platina, kobaltas, aliumosilikatai, mangano oksidai.

Katalizatoriaus savybės

Be pasirinktinio veiksmo, katalizatoriai turi puikų mechaninį atsparumą, jie gali atlaikyti katalizinius nuodus, lengvai regeneruojami (regeneruojami).

Fazinės būklės katalizinės homogeninės reakcijos skirstomos į dujų fazę ir skystą fazę.

Leiskite išsamiau išnagrinėti šias reakcijas. Tirpalų cheminės konversijos greitintuvo išsikiša vandenilio katijonų H +, vieta hidroksidas jonų OH-, metalo katijonų, M +, ir medžiagų, kurios skatina laisvųjų radikalų susidarymą.

Katalizės esmė

Katalizės mechanizmas rūgščių ir kt. Sąveikojepagrindai yra tai, kad tarp sąveikaujančių medžiagų ir katalizatoriaus keičiasi teigiami jonai (protonai). Tarp transformacijos vyksta. Tokio pobūdžio reakcija yra:

• dehidratacija (vandens atsiejimas);
• hidratacija (vandens molekulių pridėjimas);
• esterifikavimas (esterio susidarymas iš alkoholių ir karboksirūgščių);
• polikondensacija (polimero susidarymas pašalinus vandenį).

Katalizės teorija aiškina ne tik procesą,bet ir galimi pusės pokyčiai. Kintamosios katalizės atveju proceso greitintuvas sudaro nepriklausomą fazę, kai kurie reaguoja- mųjų medžiagų paviršiuje esantys centrai turi katalizines savybes arba visą paviršių.

Taip pat yra mikroheterogenas procesas, kurisdaro prielaidą, kad yra koloidinio katalizatoriaus. Šis variantas yra pereinamoji būklė nuo vienalytės iki heterogeninės katalizės. Dauguma šių procesų vyksta tarp dujinių medžiagų, naudojant kietą katalizatorių. Jie gali būti granulių, tablečių, grūdų pavidalo.

Katalizės pasklidimas gamtoje

Fermentinė katalizė yra pakankamai platiyra plačiai paplitęs. Biokatalizatorių pagalba sintezuojamos baltymų molekulės, metabolizuojama gyvuose organizmuose. Jokio biologinio proceso, kuris vyksta dalyvaujant gyviems organizmams, nepanaikina katalizinių reakcijų. Svarbių procesų pavyzdžiai: amino rūgščių sintezė iš baltymų, būdingų organizmui; riebalų, baltymų, angliavandenių skilimas.

Katalizės algoritmas

Apsvarstykite katalizės mechanizmą. Šis procesas, vykstantis ant poringų kietų cheminės sąveikos greitintuvų, apima keletą pradinių stadijų:

• sąveikaujančių medžiagų difuzija į katalizatoriaus grūdelių paviršių iš srauto šerdies;
• reagentų difuzija katalizatoriaus porose;
• chemosorbcija (aktyvinto adsorbcija) dėl chemijos greitintuvo reaguoja su paviršinių cheminių medžiagų atsiradimo paviršiaus - aktyvuotos kompleksai "katalizuojančių reagentų";
• atomų pertvarka su paviršiaus katalizatoriaus ir produkto derinių išvaizda;
• difuzija produkto reakcijos greitintuvo porose;
• produkto sklaida iš reakcijos greitintuvo grūdėtumo paviršiaus į srauto šerdį.

Katalizinės ir nekatalizuojančios reakcijos yra tokios svarbios, kad mokslininkai daugelį metų toliau tiria šioje srityje.

Kai homogeninė katalizė nėra būtinastatyti specialias struktūras. Fermentinė katalizė heterogeniškoje versijoje apima įvairią specialią įrangą. Dėl jo tekėjimo sukuriami specialūs kontaktiniai įtaisai, suskirstyti į kontaktinį paviršių (vamzdeliuose, ant sienų, katalizatorių tinklelėse); su filtro sluoksniu; pakabinamas sluoksnis; su judančiu pulverizuotu katalizatoriumi.

Įrenginių šilumos perdavimas realizuojamas įvairiais būdais:

• naudojant išorinius (išorinius) šilumokaičius;
• naudojant šilumokaičius, pastatytus į kontaktinį įrenginį.

Analizuojant chemines formules, taip pat galima rasti reakcijų, kai vienas iš galutinių produktų, susidarantis cheminės pradinių komponentų sąveikos metu, veikia kaip katalizatorius.

Tokie procesai paprastai vadinami autokataliziniais, chemijos reiškinys vadinamas autokatalizmu.

Daugelio sąveikų greitis yra susijęs sukai kurių medžiagų buvimas reakcijos mišinyje. Jų formulės chemijoje dažniausiai pamirštamos, pakeičiamos žodžiu "katalizatorius" arba jo sutrumpinta versija. Jie nėra įtraukti į galutinę stereocheminę lygtį, nes jie nesikeičia kiekybiniu požiūriu po sąveikos pabaigos. Kai kuriais atvejais yra nedidelis medžiagų kiekis, kad būtų galima labai paveikti proceso greitį. Tai yra visiškai leistina ir tokia situacija, kai reakcijos indas pats veikia kaip cheminės sąveikos greitintuvas.

Katalizatoriaus įtaka cheminio proceso greičio pokyčiui yra ta, kad ši medžiaga yra įtraukta į aktyvųjį kompleksą ir todėl keičia cheminės sąveikos aktyvacijos energiją.

Šio komplekso griūtyjekatalizatoriaus regeneracija. Esmė yra ta, kad jis nebus išleista, liks nepakitęs po sąveikos sumos. Būtent dėl ​​šios priežasties yra pakankamai mažas, kiekis veikliosios medžiagos, kad reaguotų su substrato (reakcijos reagentu). Iš tikrųjų, šiek tiek suma katalizatoriaus cheminių procesų vis suvartojama, kaip gali būti įvairūs antriniai procesai: tai apsinuodijimo procesas praradimo, paviršiaus būklės kieto katalizatorius kaita. Formulės chemijai neatsižvelgia į katalizatoriaus apskaitą.

Išvada

Aktyvios reakcijosmedžiaga (katalizatorius), supa žmogų, be to, jie teko ir kūne. Vienarūšės reakcijos yra daug rečiau nei heterogeninės sąveikos. Bet kokiu atveju, pirma, susidaro tarpiniai kompleksai, kurie yra nestabili, palaipsniui sunaikinami ir stebimas cheminio proceso pagreičio regeneravimas (išgavimas). Pavyzdžiui, metafosforo rūgšties sąveika su kalio persulfatu, jodo bevandenė rūgštis veikia kaip katalizatorius. Kai jis pridedamas prie reagentų, susidaro geltonas tirpalas. Kai artėsite prie proceso pabaigos, spalva palaipsniui išnyks. Šiuo atveju jodas veikia kaip tarpinis produktas, o procesas vyksta dviem etapais. Tačiau kai sintezės metafosforo rūgštis, katalizatorius grąžinamas į pradinę būseną. Katalizatoriai yra būtini pramonėje, jie padeda pagreitinti transformaciją, gauti kokybės reakcijos produktus. Negalėsime be jų dalyvavimo ir biocheminių procesų mūsų organizme.