Kemi är vetenskapen om ämnen och deras transformationer, ochSe också hur du får dem. Även i den vanliga skolplanen övervägs en så viktig fråga som reaktionstyperna. Klassificeringen, som introduceras för skolelever på grundnivå, tar hänsyn till förändringen i oxidationstillståndet, kursens fas, processens mekanism etc. Dessutom är alla kemiska processer indelade i icke-katalytiska och katalytiska reaktioner. Exempel på transformationer som inträffar med deltagande av en katalysator möter en person i vardagen: jäsning, sönderfall. Vi möter icke-katalytiska transformationer mycket mindre ofta.
Det är en kemikalie som kan förändrasinteraktionshastigheten, men själv deltar inte i den. I det fall då processen accelereras med hjälp av en katalysator talar vi om positiv katalys. Om ett ämne som tillsätts i processen minskar reaktionshastigheten kallas det en hämmare.
Homogen och heterogen katalys skiljer sig åtfasen i vilken utgångsämnena är. Om de initiala komponenterna som tas för interaktionerna, inklusive katalysatorn, är i samma aggregationstillstånd, sker homogen katalys. I det fall ämnen i olika faser deltar i reaktionen sker heterogen katalys.
Katalys är inte bara ett verktygöka produktiviteten hos utrustningen har det en positiv effekt på kvaliteten på de erhållna produkterna. Detta fenomen kan förklaras av det faktum att på grund av den selektiva (selektiva) verkan av de flesta katalysatorer accelereras den direkta reaktionen och sidoprocesser reduceras. I slutändan är de resulterande produkterna av stor renhet; det finns inget behov av ytterligare rening av ämnen. Katalysatorns selektivitet ger en verklig minskning av kostnaderna för icke-produktion av råvaror, en god ekonomisk fördel.
Vad mer kännetecknas av katalytiska reaktioner?Exempel från en typisk gymnasieskola visar att användningen av en katalysator gör att processen kan köras vid lägre temperaturer. Experiment bekräftar att den kan användas för att förvänta sig en betydande minskning av energikostnaderna. Detta är särskilt viktigt under moderna förhållanden, när det råder brist på energiresurser i världen.
I vilken bransch är katalytiskareaktioner? Exempel på sådana industrier: produktion av salpetersyra och svavelsyror, väte, ammoniak, polymerer, oljeraffinering. Katalys används i stor utsträckning vid produktion av organiska syror, envärda och flervärda alkoholer, fenol, syntetiska hartser, färgämnen och läkemedel.
Mångaämnen som finns i det periodiska systemet för kemiska element i Dmitry Ivanovich Mendeleev, liksom deras föreningar. Bland de vanligaste acceleratorerna är: nickel, järn, platina, kobolt, aluminiumsilikater, manganoxider.
Förutom den selektiva verkan har katalysatorerna utmärkt mekanisk hållfasthet, de kan motstå katalytiska gifter och regenereras (återställs) lätt.
Enligt fastillståndet är katalytiska homogena reaktioner uppdelade i gasfas och vätskefas.
Låt oss titta närmare på denna typ av reaktioner.I lösningar är acceleratorer för kemisk transformation vätekatjoner H +, hydroxidbasjoner OH-, metallkatjoner M + och ämnen som främjar bildandet av fria radikaler.
Katalysmekanismen vid växelverkan mellan syror ochanledningen ligger i det faktum att det finns ett utbyte mellan de interagerande ämnena och katalysatorn för positiva joner (protoner). I detta fall sker intramolekylära transformationer. Det finns reaktioner enligt denna typ:
Teorin om katalys förklarar inte bara själva processen,men också möjliga sidotransformationer. Vid heterogen katalys bildar processacceleratorn en oberoende fas, vissa centra på ytan av de reagerande ämnena har katalytiska egenskaper, eller hela ytan är inblandad.
Det finns också en mikroheterogen process somantar att katalysatorn är i ett kolloidalt tillstånd. Detta alternativ är ett övergångstillstånd från homogen till heterogen katalys. De flesta av dessa processer sker mellan gasformiga ämnen med användning av fasta katalysatorer. De kan vara i form av granulat, tabletter, korn.
Enzymatisk katalys är ganska utbreddvanligt i naturen. Det är med hjälp av biokatalysatorer som proteinmolekyler syntetiseras, metabolism i levande organismer utförs. Inte en enda biologisk process som involverar levande organismer kringgår katalytiska reaktioner. Exempel på vitala processer: syntes av kroppsspecifika proteiner från aminosyror; nedbrytning av fett, proteiner, kolhydrater.
Låt oss överväga mekanismen för katalys. Denna process, som sker på porösa fasta acceleratorer för kemisk interaktion, innehåller flera elementära steg:
Katalytiska och icke-katalytiska reaktioner är så viktiga att forskare har fortsatt forskning inom detta område i många år.
Med homogen katalys finns det inget behovkonstruera speciella strukturer. Enzymatisk katalys i den heterogena varianten innefattar användning av en mängd specifik utrustning. För dess flöde har speciella kontaktanordningar utvecklats, uppdelade efter kontaktytan (i rör, på väggar, katalysatorgaller); med ett filtreringsskikt; suspenderat lager; med en rörlig pulveriserad katalysator.
Värmeöverföring i enheter implementeras på olika sätt:
Genom att analysera formler i kemi kan man också hitta sådana reaktioner där en av slutprodukterna, som bildas under den kemiska interaktionen mellan de ursprungliga komponenterna, fungerar som en katalysator.
Sådana processer brukar kallas autokatalytiska, själva fenomenet i kemi kallas autokatalys.
Hastigheten på många interaktioner är relaterad tillförekomsten av vissa ämnen i reaktionsblandningen. Deras formler i kemi förbises oftast, ersättas av ordet "katalysator" eller dess förkortade version. De ingår inte i den slutliga stereokemiska ekvationen, eftersom de inte ändras ur kvantitativ synvinkel efter avslutad interaktion. I vissa fall är små mängder ämnen tillräckliga för att väsentligt påverka hastigheten på den utförda processen. Situationer när reaktionskärlet i sig fungerar som en accelerator för kemisk interaktion är också ganska tillåtet.
Kärnan i katalysatorns effekt på förändringen i den kemiska processens hastighet är att detta ämne ingår i det aktiva komplexet och därför ändrar aktiveringsenergin för den kemiska interaktionen.
Med upplösningen av detta komplex,regenerering av katalysatorn. Slutsatsen är att det inte kommer att konsumeras, det kommer att förbli oförändrat efter slutet av interaktionen. Det är av denna anledning som en liten mängd av en aktiv substans är tillräckligt för att utföra en reaktion med ett substrat (reaktant). I verkligheten förbrukas fortfarande obetydliga mängder katalysatorer under kemiska processer, eftersom olika sidoprocesser är möjliga: dess förgiftning, tekniska förluster, en förändring av tillståndet på ytan på en fast katalysator. Kemiformler inkluderar inte katalysator.
Reaktioner som aktivt deltarämne (katalysator), omger en person, dessutom flyter de i hans kropp. Homogena reaktioner är mycket mindre vanliga än heterogena interaktioner. I vilket fall som helst bildas först mellanliggande komplex, som är instabila, förstörs gradvis och regenerering (återhämtning) av acceleratorn för den kemiska processen observeras. Till exempel, i växelverkan mellan metafosforsyra och kaliumpersulfat, fungerar jodsyra som en katalysator. När den tillsätts till reaktanterna bildas en gul lösning. När vi närmar oss slutet av processen försvinner färgen gradvis. I detta fall fungerar jod som en mellanprodukt och processen sker i två steg. Men så snart metafosforsyra syntetiseras återgår katalysatorn till sitt ursprungliga tillstånd. Katalysatorer är oumbärliga i industrin; de hjälper till att påskynda konverteringar och producera högkvalitativa reaktionsprodukter. Biokemiska processer i vår kropp är också omöjliga utan deras deltagande.
