La chimica è la scienza delle sostanze e delle loro trasformazioni, eVedi anche come ottenerli. Anche nel normale programma scolastico, viene considerata una questione così importante come i tipi di reazioni. La classificazione, che viene introdotta agli scolari a livello base, tiene conto del cambiamento dello stato di ossidazione, della fase del corso, del meccanismo del processo, ecc. Inoltre, tutti i processi chimici sono suddivisi in non catalitici e reazioni catalitiche. Esempi di trasformazioni che si verificano con la partecipazione di un catalizzatore si incontrano in una persona nella vita di tutti i giorni: fermentazione, decadimento. Incontriamo trasformazioni non catalitiche molto meno frequentemente.
È una sostanza chimica che può cambiarela velocità dell'interazione, ma essa stessa non vi partecipa. Nel caso in cui il processo venga accelerato con l'aiuto di un catalizzatore, stiamo parlando di catalisi positiva. Nel caso in cui una sostanza aggiunta al processo riduca la velocità di reazione, viene chiamata inibitore.
La catalisi omogenea ed eterogenea differiscono inla fase in cui si trovano i materiali di partenza. Se i componenti iniziali presi per le interazioni, compreso il catalizzatore, sono nello stesso stato di aggregazione, si verifica una catalisi omogenea. Nel caso in cui sostanze di diverse fasi prendano parte alla reazione, avviene una catalisi eterogenea.
La catalisi non è solo uno strumentoaumentando la produttività delle attrezzature, ha un effetto positivo sulla qualità dei prodotti. Questo fenomeno può essere spiegato dal fatto che a causa dell'azione selettiva (selettiva) della maggior parte dei catalizzatori, la reazione diretta è accelerata e i processi collaterali sono ridotti. In definitiva, i prodotti risultanti sono di grande purezza; non è necessaria un'ulteriore purificazione delle sostanze. La selettività del catalizzatore fornisce una reale riduzione dei costi di non produzione delle materie prime, un buon vantaggio economico.
Cos'altro sono le reazioni catalitiche caratterizzate?Esempi tratti da una tipica scuola superiore mostrano che l'uso di un catalizzatore consente al processo di funzionare a temperature più basse. Gli esperimenti confermano che può essere utilizzato per prevedere una significativa riduzione dei costi energetici. Ciò è particolarmente importante nelle condizioni moderne, quando c'è una carenza di risorse energetiche nel mondo.
In quale settore sono cataliticireazioni? Esempi di tali industrie: produzione di acido nitrico e solforico, idrogeno, ammoniaca, polimeri, raffinazione del petrolio. La catalisi è ampiamente utilizzata nella produzione di acidi organici, alcoli monoidrici e poliidrici, fenolo, resine sintetiche, coloranti e farmaci.
Molti catalizzatori possono esserlosostanze trovate nel sistema periodico di elementi chimici di Dmitry Ivanovich Mendeleev, così come i loro composti. Tra gli acceleratori più comuni ci sono: nichel, ferro, platino, cobalto, alluminosilicati, ossidi di manganese.
Oltre all'azione selettiva, i catalizzatori hanno un'ottima resistenza meccanica, sono in grado di resistere ai veleni catalitici, e sono facilmente rigenerabili (ripristinati).
Secondo lo stato di fase, le reazioni catalitiche omogenee sono suddivise in fase gassosa e fase liquida.
Diamo uno sguardo più da vicino a questi tipi di reazioni.In soluzione, gli acceleratori della trasformazione chimica sono i cationi idrogeno H +, gli ioni base idrossido OH-, i cationi metallici M + e le sostanze che favoriscono la formazione di radicali liberi.
Il meccanismo di catalisi nell'interazione di acidi ela ragione sta nel fatto che c'è uno scambio tra le sostanze interagenti e il catalizzatore di ioni positivi (protoni). In questo caso, si verificano trasformazioni intramolecolari. Ci sono reazioni di questo tipo:
La teoria della catalisi spiega non solo il processo stesso,ma anche possibili trasformazioni laterali. Nel caso di catalisi eterogenea, l'acceleratore di processo forma una fase indipendente, alcuni centri sulla superficie delle sostanze reagenti hanno proprietà catalitiche o l'intera superficie è coinvolta.
C'è anche un processo microeterogeneo chepresume che il catalizzatore sia in uno stato colloidale. Questa opzione è uno stato di transizione dalla catalisi omogenea a quella eterogenea. La maggior parte di questi processi avviene tra sostanze gassose utilizzando catalizzatori solidi. Possono essere sotto forma di granuli, compresse, grani.
La catalisi enzimatica è abbastanza diffusacomune in natura. È con l'aiuto dei biocatalizzatori che vengono sintetizzate le molecole proteiche, viene effettuato il metabolismo negli organismi viventi. Non un singolo processo biologico che coinvolge organismi viventi aggira le reazioni catalitiche. Esempi di processi vitali: sintesi di proteine corpo-specifiche da amminoacidi; ripartizione di grassi, proteine, carboidrati.
Consideriamo il meccanismo della catalisi. Questo processo, che avviene su acceleratori solidi porosi di interazione chimica, comprende diverse fasi elementari:
Le reazioni catalitiche e non catalitiche sono così importanti che gli scienziati hanno continuato la ricerca in questo settore per molti anni.
Con una catalisi omogenea, non è necessariocostruire strutture speciali. La catalisi enzimatica nella variante eterogenea prevede l'uso di una varietà di apparecchiature specifiche. Per il suo flusso sono stati sviluppati speciali dispositivi di contatto, suddivisi in base alla superficie di contatto (in tubi, su pareti, griglie catalitiche); con uno strato filtrante; strato sospeso; con un catalizzatore polverizzato in movimento.
Il trasferimento di calore nei dispositivi viene implementato in diversi modi:
Analizzando le formule in chimica, si possono anche trovare reazioni in cui uno dei prodotti finali, che si forma durante l'interazione chimica dei componenti iniziali, funge da catalizzatore.
Tali processi sono solitamente chiamati autocatalitici, il fenomeno stesso in chimica è chiamato autocatalisi.
La velocità di molte interazioni è correlata ala presenza di alcune sostanze nella miscela di reazione. Le loro formule in chimica sono spesso trascurate, sostituite dalla parola "catalizzatore" o dalla sua versione abbreviata. Non sono inclusi nell'equazione stereochimica finale, poiché dopo il completamento dell'interazione non cambiano da un punto di vista quantitativo. In alcuni casi, piccole quantità di sostanze sono sufficienti per influenzare in modo significativo la velocità del processo svolto. Anche situazioni in cui il recipiente di reazione stesso funge da acceleratore dell'interazione chimica sono abbastanza ammissibili.
L'essenza dell'effetto del catalizzatore sulla variazione della velocità del processo chimico è che questa sostanza è inclusa nel complesso attivo e quindi cambia l'energia di attivazione dell'interazione chimica.
Con la disintegrazione di questo complesso,rigenerazione del catalizzatore. La linea di fondo è che non verrà consumato, rimarrà invariato dopo la fine dell'interazione. È per questo motivo che una piccola quantità di una sostanza attiva è abbastanza sufficiente per effettuare una reazione con un substrato (reagente). In realtà, quantità insignificanti di catalizzatori vengono ancora consumate durante i processi chimici, poiché sono possibili vari processi collaterali: il suo avvelenamento, le perdite tecnologiche, un cambiamento nello stato della superficie di un catalizzatore solido. Le formule chimiche non includono il catalizzatore.
Reazioni a cui partecipa attivamentesostanza (catalizzatore), circondano una persona, inoltre, fluiscono nel suo corpo. Le reazioni omogenee sono molto meno comuni delle interazioni eterogenee. In ogni caso, all'inizio si formano complessi intermedi, che sono instabili, vengono gradualmente distrutti e si osserva la rigenerazione (recupero) dell'acceleratore del processo chimico. Ad esempio, nell'interazione dell'acido metafosforico con il persolfato di potassio, l'acido idroiodico funge da catalizzatore. Quando viene aggiunto ai reagenti, si forma una soluzione gialla. Man mano che ci avviciniamo alla fine del processo, il colore scompare gradualmente. In questo caso, lo iodio funge da prodotto intermedio e il processo si svolge in due fasi. Ma non appena l'acido metafosforico viene sintetizzato, il catalizzatore ritorna al suo stato originale. I catalizzatori sono indispensabili nell'industria; aiutano ad accelerare le conversioni e producono prodotti di reazione di alta qualità. Anche i processi biochimici nel nostro corpo sono impossibili senza la loro partecipazione.
