Хемија је наука о супстанцама и њиховим трансформацијама, иПогледајте и како их добити. Чак се и у уобичајеном школском програму разматра тако важно питање као што су врсте реакција. Класификација, која се школарцима представља на основном нивоу, узима у обзир промену оксидационог стања, фазу тока, механизам процеса итд. Поред тога, сви хемијски процеси подељени су на некаталитичке и каталитичке реакције. Примери трансформација које се дешавају уз учешће катализатора сусрећу се код човека у свакодневном животу: ферментација, распадање. Много ређе се сусрећемо са некаталитичким трансформацијама.
То је хемикалија која се може променитибрзина интеракције, али сама не учествује у њој. У случају када се процес убрзава помоћу катализатора, говоримо о позитивној катализи. У случају да супстанца додата у процес смањи брзину реакције, назива се инхибитор.
Хомогена и хетерогена катализа разликују се уфаза у којој су полазне супстанце. Ако су почетне компоненте узете за интеракције, укључујући катализатор, у истом агрегатном стању, долази до хомогене катализе. У случају када супстанце различитих фаза учествују у реакцији, долази до хетерогене катализе.
Катализа није само средствоповећање продуктивности опреме позитивно утиче на квалитет производа. Ова појава се може објаснити чињеницом да се због селективног (селективног) дејства већине катализатора убрзава директна реакција, а споредни процеси смањују. На крају, настали производи су велике чистоће; нема потребе за додатним пречишћавањем супстанци. Селективност катализатора пружа стварно смањење непроизводних трошкова сировина, добру економску корист.
Шта још карактеришу каталитичке реакције?Примери из типичне средње школе показују да употреба катализатора омогућава да процес траје на нижим температурама. Експерименти потврђују да се од њега може очекивати значајно смањење трошкова енергије. Ово је посебно важно у савременим условима, када у свету недостаје енергетских ресурса.
У којој су индустрији каталитичкиреакције? Примери таквих индустрија: производња азотне и сумпорне киселине, водоника, амонијака, полимера, прерада нафте. Катализа се широко користи у производњи органских киселина, монохидроводних и полихидричних алкохола, фенола, синтетичких смола, боја и лекова.
Многи катализатори могу битисупстанце које се налазе у периодичном систему хемијских елемената Дмитрија Ивановича Мендељејева, као и њихова једињења. Међу најчешћим акцелераторима су: никл, гвожђе, платина, кобалт, алумосиликати, оксиди мангана.
Поред селективног деловања, катализатори имају одличну механичку чврстоћу, способни су да се одупру каталитичким отровима и лако се обнављају (обнављају).
Према фазном стању, каталитичке хомогене реакције се деле на гасну и течну фазу.
Погледајмо ближе ове врсте реакција.У растворима су акцелератори хемијске трансформације водонични катиони Х +, базни јони хидроксида ОХ-, метални катиони М + и супстанце које поспешују стварање слободних радикала.
Механизам катализе у интеракцији киселина иразлог лежи у чињеници да постоји размена између супстанци које међусобно делују и катализатора позитивних јона (протона). У овом случају се јављају интрамолекуларне трансформације. Постоје реакције ове врсте:
Теорија катализе објашњава не само сам процес,али и могуће бочне трансформације. У случају хетерогене катализе, акцелератор процеса формира независну фазу, неки центри на површини реакционих супстанци имају каталитичка својства или је укључена цела површина.
Постоји и микрохетерогени процес којипретпоставља да је катализатор у колоидном стању. Ова опција је прелазно стање из хомогене у хетерогену катализу. Већина ових процеса одвија се између гасовитих супстанци помоћу чврстих катализатора. Могу бити у облику гранула, таблета, зрна.
Ензимска катализа је прилично раширенауобичајене у природи. Уз помоћ биокатализатора синтетишу се молекули протеина, врши се метаболизам у живим организмима. Ни један биолошки процес који укључује живе организме не заобилази каталитичке реакције. Примери виталних процеса: синтеза протеина специфичних за тело из аминокиселина; разградња масти, протеина, угљених хидрата.
Размотримо механизам катализе. Овај процес, који се одвија на порозним чврстим акцелераторима хемијске интеракције, укључује неколико основних фаза:
Каталитичке и некаталитичке реакције су толико важне да су научници наставили истраживања у овој области дуги низ година.
Са хомогеном катализом нема потребеконструисати посебне структуре. Ензимска катализа у хетерогеној варијанти укључује употребу различите специфичне опреме. За његов проток развијени су посебни контактни уређаји, подељени према контактној површини (у цевима, на зидовима, решеткама катализатора); са слојем за филтрирање; суспендовани слој; са покретним прашним катализатором.
Пренос топлоте у уређајима реализује се на различите начине:
Анализирајући формуле у хемији, такође се могу наћи такве реакције у којима један од коначних производа, који настаје током хемијске интеракције почетних компонената, делује као катализатор.
Такви процеси се обично називају аутокаталитичким, сама појава у хемији назива се аутокатализом.
Брзина многих интеракција је повезана саприсуство одређених супстанци у реакционој смеши. Њихове формуле у хемији су најчешће превидене, замењене речју „катализатор“ или његовом скраћеном верзијом. Они нису укључени у коначну стереохемијску једначину, јер се по завршетку интеракције не мењају са квантитативног становишта. У неким случајевима су мале количине супстанци довољне да значајно утичу на брзину спроведеног процеса. Сасвим су прихватљиве и ситуације када реакциона посуда делује као акцелератор хемијске интеракције.
Суштина дејства катализатора на промену брзине хемијског процеса је у томе што је ова супстанца укључена у активни комплекс, па самим тим мења енергију активирања хемијске интеракције.
Са распадом овог комплекса,регенерација катализатора. Закључак је да се неће потрошити, остаће непромењен након завршетка интеракције. Из тог разлога је мала количина активне супстанце сасвим довољна за спровођење реакције са супстратом (реактантом). У стварности се током хемијских процеса и даље троши безначајна количина катализатора, јер су могући различити споредни процеси: његово тровање, технолошки губици, промена стања површине чврстог катализатора. Хемијске формуле не укључују катализатор.
Реакције у којима активно учествујесупстанца (катализатор), окружују човека, штавише, они теку у његовом телу. Хомогене реакције су много ређе од хетерогених интеракција. У сваком случају, у почетку се формирају средњи комплекси, који су нестабилни, постепено се уништавају и примећује се регенерација (опоравак) акцелератора хемијског процеса. На пример, у интеракцији метафосфорне киселине са калијум персулфатом, јодоводонска киселина делује као катализатор. Када се дода реактантима, формира се жути раствор. Како се приближавамо крају процеса, боја постепено нестаје. У овом случају јод делује као међупродукт, а процес се одвија у две фазе. Али чим се метафосфорна киселина синтетише, катализатор се враћа у првобитно стање. Катализатори су незаменљиви у индустрији, помажу у убрзавању претварања и производе висококвалитетне реакционе производе. Биохемијски процеси у нашем телу такође су немогући без њиховог учешћа.
