Chemie ist die Wissenschaft der Substanzen und ihrer Transformationenauch Methoden zu ihrer Herstellung. Sogar der reguläre Schullehrplan befasst sich mit einem so wichtigen Thema wie der Art der Reaktionen. Die Klassifikation, in die die Studierenden auf einer grundlegenden Ebene eingeführt werden, berücksichtigt die Änderung des Oxidationsgrades, den Verlauf des Prozesses, den Mechanismus des Prozesses usw. Darüber hinaus werden alle chemischen Prozesse in nichtkatalytische und katalytische Reaktionen unterteilt. Beispiele für Umwandlungen, die unter Beteiligung eines Katalysators auftreten, sind im normalen Leben des Menschen zu finden: Fermentation, Zerfall. Nichtkatalytische Umwandlungen sind viel seltener.
Это химическое вещество, которое способно менять Geschwindigkeit der Interaktion, aber es nimmt nicht daran teil. In dem Fall, dass der Katalysator den Prozess beschleunigt, spricht man von einer positiven Katalyse. Für den Fall, dass die dem Prozess zugesetzte Substanz die Reaktionsgeschwindigkeit verringert, spricht man von einem Inhibitor.
Homogene und heterogene Katalyse unterscheiden sich indie Phase, in der sich die Ausgangsstoffe befinden. Befinden sich die für die Wechselwirkungen verwendeten Ausgangskomponenten einschließlich des Katalysators im gleichen Aggregatzustand, verläuft die homogene Katalyse. In dem Fall, in dem Substanzen mit unterschiedlicher Phase an der Reaktion teilnehmen, findet eine heterogene Katalyse statt.
Катализ представляет собой не просто средство Steigern Sie die Produktivität der Geräte, wirkt sich dies positiv auf die Qualität der erhaltenen Produkte aus. Dieses Phänomen lässt sich dadurch erklären, dass durch die selektive (selektive) Wirkung der meisten Katalysatoren eine direkte Reaktion beschleunigt wird, Nebenprozesse reduziert werden. Letztendlich sind die resultierenden Produkte von großer Reinheit, es besteht keine Notwendigkeit, die Substanzen weiter zu reinigen. Die Selektivität des Katalysators ergibt eine echte Reduzierung der Nichtproduktionskosten der Rohstoffe, einen guten wirtschaftlichen Vorteil.
Was zeichnet sich sonst noch durch katalytische Reaktionen aus?Die Beispiele, die in einer regulären Oberschule betrachtet wurden, zeigen, dass die Verwendung eines Katalysators die Durchführung des Prozesses bei niedrigeren Temperaturen ermöglicht. Experimente bestätigen, dass Sie mit ihrer Hilfe mit einer deutlichen Reduzierung der Energiekosten rechnen können. Dies ist besonders in modernen Situationen wichtig, in denen die Energieressourcen auf der Welt knapp sind.
В какой промышленности используют каталитические Reaktionen? Beispiele für solche Industrien: die Herstellung von Salpeter- und Schwefelsäuren, Wasserstoff, Ammoniak, Polymeren, Ölraffinerien. Die Katalyse wird häufig bei der Herstellung von organischen Säuren, ein- und mehrwertigen Alkoholen, Phenol, Kunstharzen, Farbstoffen und Arzneimitteln eingesetzt.
В качестве катализаторов могут выступать многие Substanzen im Periodensystem der chemischen Elemente von Dmitri Iwanowitsch Mendelejew sowie deren Verbindungen. Zu den gebräuchlichsten Beschleunigern gehören: Nickel, Eisen, Platin, Kobalt, Aluminosilicate, Manganoxide.
Neben der selektiven Wirkung weisen die Katalysatoren eine hervorragende mechanische Festigkeit auf, sie sind in der Lage, katalytischen Giften zu widerstehen, sind leicht zu regenerieren (wiederherzustellen).
Katalytische Homogenreaktionen werden je nach Phasenzustand in Gasphase und Flüssigphase unterteilt.
Wir betrachten diese Art von Reaktionen detaillierter.In Lösungen besteht der chemische Umwandlungsbeschleuniger aus Wasserstoffkationen H +, Hydroxidionen der OH- Base, Metallkationen M + und Substanzen, die die Bildung freier Radikale fördern.
Der Mechanismus der Katalyse bei der Wechselwirkung von Säuren undder Grund ist, dass es einen Austausch zwischen den wechselwirkenden Substanzen und dem Katalysator mit positiven Ionen (Protonen) gibt. In diesem Fall treten intramolekulare Transformationen auf. Diese Art der Reaktion ist:
Die Theorie der Katalyse erklärt nicht nur den Prozess selbst,aber auch mögliche Nebenwirkungen. Bei der heterogenen Katalyse bildet der Prozessbeschleuniger eine eigenständige Phase, einige Zentren auf der Oberfläche der reagierenden Substanzen besitzen katalytische Eigenschaften oder die gesamte Oberfläche ist betroffen.
Es gibt einen mikroheterogenen Prozess, derbeinhaltet die Anwesenheit eines Katalysators in einem kolloidalen Zustand. Diese Option ist ein Übergangszustand von einer homogenen zu einer heterogenen Katalyse. Die meisten dieser Prozesse finden zwischen gasförmigen Substanzen unter Verwendung fester Katalysatoren statt. Sie können in Form von Granulaten, Tabletten, Körnern vorliegen.
Die enzymatische Katalyse ist breit genughäufig in der Natur. Mit Hilfe von Biokatalysatoren werden Proteinmoleküle synthetisiert und der Stoffwechsel in lebenden Organismen durchgeführt. Kein einziger biologischer Prozess, an dem lebende Organismen beteiligt sind, entgeht katalytischen Reaktionen. Beispiele für lebenswichtige Prozesse: Synthese körperspezifischer Aminosäuren aus Aminosäuren; der Abbau von Fetten, Proteinen, Kohlenhydraten.
Betrachten Sie den Mechanismus der Katalyse. Dieser Prozess, der an porösen festen Beschleunigern chemischer Wechselwirkung abläuft, umfasst mehrere Elementarstufen:
Katalytische und nichtkatalytische Reaktionen sind so wichtig, dass Wissenschaftler seit vielen Jahren auf diesem Gebiet weiter forschen.
Eine homogene Katalyse ist nicht erforderlich.baue spezielle Strukturen. Die enzymatische Katalyse in der heterogenen Version erfordert die Verwendung einer Vielzahl von und spezifischen Geräten. Für seinen Verlauf wurden spezielle Kontaktvorrichtungen entwickelt, die entlang der Kontaktfläche (in Röhren, an Wänden, Katalysatorgittern) unterteilt sind; mit einer Filterschicht; gewichtete Schicht; mit einem bewegten staubigen Katalysator.
Die Wärmeübertragung in der Apparatur erfolgt auf verschiedene Arten:
Durch Analyse der chemischen Formeln lassen sich auch Reaktionen finden, bei denen eines der Endprodukte als Katalysator wirkt, der bei der chemischen Wechselwirkung der Ausgangskomponenten entsteht.
Solche Prozesse werden üblicherweise als Autokatalyse bezeichnet, das Phänomen selbst in der Chemie wird als Autokatalyse bezeichnet.
Скорость многих взаимодействий связана с das Vorhandensein bestimmter Substanzen im Reaktionsgemisch. Ihre chemischen Formeln werden am häufigsten übersehen und durch das Wort "Katalysator" oder seine Kurzfassung ersetzt. Sie sind in der endgültigen stereochemischen Gleichung nicht enthalten, da sie sich nach Beendigung der Wechselwirkung quantitativ nicht ändern. In einigen Fällen reichen geringe Mengen an Substanzen aus, um die Geschwindigkeit des laufenden Prozesses erheblich zu beeinträchtigen. Situationen, in denen das Reaktionsgefäß selbst als Beschleuniger der chemischen Wechselwirkung wirkt, sind durchaus akzeptabel.
Die Wirkung des Katalysators auf die Geschwindigkeitsänderung des chemischen Prozesses beruht im Wesentlichen darauf, dass diese Substanz im aktiven Komplex enthalten ist und daher die Aktivierungsenergie der chemischen Wechselwirkung ändert.
Mit dem Zusammenbruch dieses Komplexes wird beobachtetKatalysatorregeneration. Das Fazit ist, dass es nicht ausgegeben wird, wird nach dem Ende der Interaktion unverändert bleiben. Aus diesem Grund reicht eine unbedeutende Menge des Wirkstoffs völlig aus, um die Reaktion mit dem Substrat (Edukt) durchzuführen. In der Realität werden bei chemischen Prozessen noch unwesentliche Mengen an Katalysatoren verbraucht, da verschiedene Nebenprozesse möglich sind: seine Vergiftung, technologische Verluste und eine Veränderung des Oberflächenzustands des festen Katalysators. Chemieformeln enthalten keine Katalysatorabrechnung.
Реакции, в которых принимает участие активное Substanz (Katalysator), umgibt eine Person, zusätzlich kommen sie in ihrem Körper vor. Homogene Reaktionen sind viel seltener als heterogene Wechselwirkungen. In jedem Fall tritt zunächst die Bildung von Zwischenkomplexen auf, die instabil sind, nach und nach zerstört werden und eine Regeneration (Wiederherstellung) des Beschleunigers des chemischen Prozesses beobachtet wird. Beispielsweise wirkt Iodsäure bei der Wechselwirkung von Metaphosphorsäure mit Kaliumpersulfat als Katalysator. Wenn es zu den Reaktanten gegeben wird, bildet sich eine gelbe Lösung. Wenn Sie sich dem Ende des Prozesses nähern, verschwindet die Farbe allmählich. In diesem Fall wirkt Jod als Zwischenprodukt, und der Vorgang erfolgt in zwei Stufen. Sobald jedoch Metaphosphorsäure synthetisiert wird, kehrt der Katalysator in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Katalysatoren sind in der Industrie unverzichtbar, sie helfen, die Umwandlung zu beschleunigen und hochwertige Reaktionsprodukte zu erhalten. Auch biochemische Prozesse in unserem Körper sind ohne ihre Beteiligung nicht möglich.
