Kemi er videnskaben om stoffer og deres transformation, ogSe også hvordan man får dem. Selv i den almindelige skoleplan overvejes et så vigtigt emne som reaktionstyperne. Klassificeringen, der introduceres til skolebørn på det grundlæggende niveau, tager højde for ændringen i oxidationstilstanden, forløbsfasen, procesmekanismen osv. Desuden er alle kemiske processer opdelt i ikke-katalytiske og katalytiske reaktioner. Eksempler på transformationer, der finder sted med deltagelse af en katalysator, findes i mennesker i hverdagen: gæring, henfald. Vi støder på ikke-katalytiske transformationer meget sjældnere.
Det er et kemikalie, der kan ændre siginteraktionshastighed, men deltager ikke i den. I det tilfælde, hvor processen accelereres ved hjælp af en katalysator, taler vi om positiv katalyse. I tilfælde af at et stof tilsat til processen reducerer reaktionshastigheden, kaldes det en hæmmer.
Homogen og heterogen katalyse adskiller sig iden fase, hvor udgangsstofferne er. Hvis de indledende komponenter, der tages til interaktionerne, inklusive katalysatoren, er i samme samlede tilstand, forekommer homogen katalyse. I tilfælde, hvor stoffer af forskellig fase deltager i reaktionen, opstår heterogen katalyse.
Katalyse er ikke kun et redskabøger produktiviteten af udstyret, har det en positiv effekt på kvaliteten af de opnåede produkter. Dette fænomen kan forklares ved, at den direkte reaktion accelereres på grund af den selektive (selektive) virkning af de fleste katalysatorer, og sideprocesser reduceres. I sidste ende er de resulterende produkter af stor renhed; der er ikke behov for yderligere oprensning af stoffer. Selektiviteten af katalysatoren giver en reel reduktion i ikke-produktionsomkostninger for råmaterialer, hvilket er en god økonomisk fordel.
Hvad er katalytiske reaktioner ellers karakteriseret ved? Eksempler fra en typisk gymnasium viser, at anvendelse af en katalysator gør det muligt for processen at køre ved lavere temperaturer. Eksperimenter bekræfter, at det kan bruges til at forvente en betydelig reduktion i energiomkostningerne. Dette er især vigtigt under moderne forhold, når der er mangel på energiressourcer i verden.
I hvilken industri er katalytiskreaktioner? Eksempler på sådanne industrier: produktion af salpetersyre og svovlsyre, brint, ammoniak, polymerer, olieraffinering. Katalyse anvendes i vid udstrækning til produktion af organiske syrer, envands- og flerværdige alkoholer, phenol, syntetiske harpikser, farvestoffer og lægemidler.
Mange katalysatorer kan værestoffer, der findes i det periodiske system af kemiske grundstoffer i Dmitry Ivanovich Mendeleev, såvel som deres forbindelser. Blandt de mest almindelige acceleratorer er: nikkel, jern, platin, cobalt, aluminosilicater, manganoxider.
Ud over den selektive virkning har katalysatorer fremragende mekanisk styrke, de er i stand til at modstå katalytiske giftstoffer og regenereres let (gendannes).
Ifølge fasetilstanden opdeles katalytiske homogene reaktioner i gasfase og væskefase.
Lad os se nærmere på disse typer reaktioner. I opløsninger fungerer hydrogenkationer H +, hydroxidbasisioner OH-, metalkationer M + og stoffer, der fremmer dannelsen af frie radikaler, som en accelerator for kemisk transformation.
Katalysemekanismen i interaktionen mellem syrer ogårsagen ligger i det faktum, at der er en udveksling mellem de interagerende stoffer og katalysatoren af positive ioner (protoner). I dette tilfælde forekommer intramolekylære transformationer. Der er reaktioner efter denne type:
Teorien om katalyse forklarer ikke kun selve processen,men også mulige sidetransformationer. I tilfælde af heterogen katalyse danner procesacceleratoren en uafhængig fase, nogle centre på overfladen af de reagerende stoffer har katalytiske egenskaber, eller hele overfladen er involveret.
Der er også en mikroheterogen proces, derantager, at katalysatoren er i en kolloid tilstand. Denne mulighed er en overgangstilstand fra homogen til heterogen katalyse. De fleste af disse processer finder sted mellem gasformige stoffer ved anvendelse af faste katalysatorer. De kan være i form af granuler, tabletter, korn.
Enzymatisk katalyse er bredtalmindelig i naturen. Det er ved hjælp af biokatalysatorer, at syntesen af proteinmolekyler fortsætter, metabolismen i levende organismer udføres. Ikke en eneste biologisk proces, der involverer levende organismer, omgår katalytiske reaktioner. Eksempler på vitale processer: syntese af kropsspecifikke proteiner fra aminosyrer; nedbrydning af fedt, proteiner, kulhydrater.
Lad os overveje mekanismen for katalyse. Denne proces, der finder sted på porøse faste acceleratorer af kemisk interaktion, inkluderer flere elementære faser:
Katalytiske og ikke-katalytiske reaktioner er så vigtige, at forskere har fortsat forskning på dette område i mange år.
Intet behov for homogen katalysekonstruere specielle strukturer. Enzymatisk katalyse i en heterogen variant involverer brugen af en række specifikke udstyr. Til dens strømning er der udviklet specielle kontaktindretninger, opdelt efter kontaktfladen (i rør, på vægge, katalysatorgitter); med et filtreringslag; ophængt lag; med en bevægelig pulveriseret katalysator.
Varmeoverførsel i enheder implementeres på forskellige måder:
Ved at analysere formler i kemi kan man også finde sådanne reaktioner, hvor et af de endelige produkter fungerer som en katalysator, der dannes under den kemiske interaktion mellem de oprindelige komponenter.
Sådanne processer kaldes normalt autokatalytisk, selve fænomenet i kemi kaldes autokatalyse.
Hastigheden af mange interaktioner er relateret tiltilstedeværelsen af visse stoffer i reaktionsblandingen. Deres formler inden for kemi overses ofte, erstattet af ordet "katalysator" eller dets forkortede version. De er ikke inkluderet i den endelige stereokemiske ligning, da de ikke ændres kvantitativt efter afslutningen af interaktionen. I nogle tilfælde er små mængder stoffer tilstrækkelige til signifikant at påvirke hastigheden af den udførte proces. Situationer, hvor reaktionsbeholderen selv fungerer som en accelerator for kemisk interaktion, er også meget tilladt.
Essensen af katalysatorens virkning på ændringen i hastigheden af den kemiske proces er, at dette stof er inkluderet i det aktive kompleks og derfor ændrer aktiveringsenergien i den kemiske interaktion.
Med opløsning af dette kompleks,regenerering af katalysatoren. Den nederste linje er, at den ikke forbruges, den forbliver uændret efter afslutningen af interaktionen. Det er af denne grund, at en lille mængde af et aktivt stof er tilstrækkeligt til en reaktion med et substrat (reaktant). I virkeligheden forbruges stadig ubetydelige mængder katalysatorer under kemiske processer, da forskellige sideprocesser er mulige: dets forgiftning, teknologiske tab, en ændring i overfladen af en fast katalysator. Kemiske formler inkluderer ikke katalysator.
Reaktioner, hvor aktivt deltagerstof (katalysator), omgiver en person, desuden flyder de i hans krop. Homogene reaktioner er meget mindre almindelige end heterogene interaktioner. Under alle omstændigheder dannes der i første omgang mellemliggende komplekser, som er ustabile, destrueres gradvist, og regenerering (genopretning) af acceleratoren til den kemiske proces observeres. For eksempel fungerer hydroiodsyre i en vekselvirkning mellem metafosforsyre og kaliumpersulfat som en katalysator. Når der tilsættes til reaktanterne, dannes der en gul opløsning. Når vi nærmer os slutningen af processen, forsvinder farven gradvist. I dette tilfælde fungerer jod som et mellemprodukt, og processen finder sted i to faser. Men så snart metafosforsyren syntetiseres, vender katalysatoren tilbage til sin oprindelige tilstand. Katalysatorer er uundværlige i industrien; de hjælper med at fremskynde konverteringer og producere reaktionsprodukter af høj kvalitet. Biokemiske processer i vores krop er også umulige uden deres deltagelse.
