Kimia është shkenca mbi substancat dhe transformimet e tyre, si dhe metodat e përftimit të tyre. Edhe në një kurrikul të rregullt shkollor, merret parasysh një çështje kaq e rëndësishme si llojet e reagimeve. Klasifikimi me të cilin njihen nxënësit e shkollës në nivelin bazë merr parasysh ndryshimin e shkallës së oksidimit, fazën e kursit, mekanizmin e procesit etj. Gjithashtu, të gjitha proceset kimike ndahen në jokatalitike dhe katalitike. reagimet. Shembuj të transformimeve që ndodhin me pjesëmarrjen e një katalizatori ndeshen nga një person në jetën e zakonshme: fermentimi, kalbja. Transformimet jo-katalitike janë shumë më të rralla për ne.
Çfarë është një katalizator
Kjo është një substancë kimike që mund të ndryshojë shkallën e ndërveprimit, por nuk merr pjesë në të. Në rastin kur procesi përshpejtohet me ndihmën e një katalizatori, flasim për katalizë pozitive. Në rast se një substancë e shtuar në proces zvogëlon shpejtësinë e reaksionit, ajo quhet frenues.
Llojet e katalizës
Kataliza homogjene dhe heterogjene ndryshojnë në fazë, nënë të cilat ndodhen materialet fillestare. Nëse komponentët fillestarë të marrë për ndërveprime, duke përfshirë katalizatorin, janë në të njëjtën gjendje grumbullimi, vazhdon kataliza homogjene. Në rastin kur në reaksion marrin pjesë substanca të fazave të ndryshme, ndodh kataliza heterogjene.
Selektiviteti i veprimit
Kataliza nuk është vetëm një mjet për të rritur produktivitetin e pajisjeve, por ka një efekt pozitiv në cilësinë e produkteve që rezultojnë. Ky fenomen mund të shpjegohet me faktin se për shkak të veprimit selektiv (selektiv) të shumicës së katalizatorëve, reagimi i drejtpërdrejtë përshpejtohet, proceset anësore zvogëlohen. Në fund të fundit, produktet që rezultojnë janë të pastërtisë së lartë, nuk ka nevojë të pastrohen më tej substancat. Selektiviteti i veprimit katalizator jep një ulje reale të kostove joprodhuese të lëndëve të para, një përfitim i mirë ekonomik.
Përfitimet e përdorimit të një katalizatori në prodhim
Çfarë tjetër i karakterizon reaksionet katalitike? Shembujt nga një shkollë e mesme tipike tregojnë se përdorimi i një katalizatori lejon që procesi të kryhet në temperatura më të ulëta. Eksperimentet konfirmojnë se mund të përdoret për të ulur ndjeshëm kostot e energjisë. Kjo është veçanërisht e rëndësishme në kushtet moderne, kur ka mungesë të burimeve energjetike në botë.
Shembuj të prodhimit katalitik
Cila industri përdor reaksionet katalitike? Shembuj të prodhimeve të tilla:prodhimi i acideve nitrik dhe sulfurik, hidrogjenit, amoniakut, polimereve, rafinimit të naftës. Kataliza përdoret gjerësisht në prodhimin e acideve organike, alkooleve monohidrike dhe polihidrike, fenolit, rrëshirave sintetike, ngjyrave dhe ilaçeve.
Cili është katalizatori
Shumë substanca që janë në tabelën periodike të elementeve kimike të Dmitry Ivanovich Mendeleev, si dhe përbërjet e tyre, mund të veprojnë si katalizatorë. Ndër përshpejtuesit më të zakonshëm janë: nikeli, hekuri, platini, kob alti, aluminosilikatet, oksidet e manganit.
Veçoritë e katalizatorëve
Përveç veprimit selektiv, katalizatorët kanë forcë të shkëlqyer mekanike, janë në gjendje të përballojnë helmet katalitike dhe rigjenerohen lehtë (rikuperohen).
Sipas gjendjes fazore, reaksionet homogjene katalitike ndahen në fazë të gaztë dhe në fazë të lëngët.
Le t'i hedhim një vështrim më të afërt këtyre llojeve të reagimeve. Në tretësirat, kationet e hidrogjenit H+, jonet e bazës hidroksid OH-, kationet metalike M+ dhe substancat që kontribuojnë në formimin e radikaleve të lira veprojnë si përshpejtues i transformimit kimik.
Esenca e katalizës
Mekanizmi i katalizës në bashkëveprimin e acideve dhe bazave është se ekziston një shkëmbim midis substancave ndërvepruese dhe joneve pozitive të katalizatorit (protoneve). Në këtë rast ndodhin transformime intramolekulare. Sipas kësajreagimet shkojnë kështu:
- dehidratim (shkëputje uji);
- hidratim (lidhja e molekulave të ujit);
- esterifikimi (formimi i estereve nga alkoolet dhe acidet karboksilike);
- polikondensim (formimi i një polimeri me eliminimin e ujit).
Teoria e katalizës shpjegon jo vetëm vetë procesin, por edhe transformimet e mundshme anësore. Në rastin e katalizës heterogjene, përshpejtuesi i procesit formon një fazë të pavarur, disa qendra në sipërfaqen e reaktantëve kanë veti katalitike ose e gjithë sipërfaqja është e përfshirë.
Ekziston gjithashtu një proces mikroheterogjen, i cili përfshin praninë e një katalizatori në një gjendje koloidale. Ky variant është një gjendje kalimtare nga një lloj katalizimi homogjen në atë heterogjen. Shumica e këtyre proceseve zhvillohen ndërmjet substancave të gazta duke përdorur katalizatorë të ngurtë. Mund të jenë në formë kokrrizash, tabletash, kokrrash.
Shpërndarja e katalizës në natyrë
Kataliza enzimatike është mjaft e përhapur në natyrë. Është me ndihmën e biokatalizatorëve që vazhdon sinteza e molekulave të proteinave, kryhet metabolizmi në organizmat e gjallë. Asnjë proces i vetëm biologjik që ndodh me pjesëmarrjen e organizmave të gjallë nuk i anashkalon reaksionet katalitike. Shembuj të proceseve jetësore: sinteza e proteinave specifike për trupin nga aminoacidet; zbërthimi i yndyrave, proteinave, karbohidrateve.
algoritmi i katalizës
Le të shqyrtojmë mekanizmin e katalizës. Ky proces, i cili zhvillohet në përshpejtuesit poroz të ndërveprimit kimik të ngurtë, përfshinvetes disa faza elementare:
- përhapja e substancave ndërvepruese në sipërfaqen e kokrrave të katalizatorit nga thelbi i rrjedhës;
- difuzioni i reagentëve në poret e katalizatorit;
- kimisorbimi (adsorbimi i aktivizuar) në sipërfaqen e një përshpejtuesi të reaksionit kimik me shfaqjen e substancave kimike sipërfaqësore - komplekse të aktivizuara katalizator-reagent;
- rirregullimi i atomeve me shfaqjen e kombinimeve sipërfaqësore "katalizator-produkt";
- difuzion në poret e përshpejtuesit të reagimit të produktit;
- difuzioni i produktit nga sipërfaqja e kokrrizave të përshpejtuesit të reaksionit në rrjedhën bërthamore.
Reaksionet katalitike dhe jo-katalitike janë aq të rëndësishme sa shkencëtarët kanë vazhduar kërkimet në këtë fushë për shumë vite.
Me katalizë homogjene, nuk ka nevojë të ndërtohen struktura të veçanta. Kataliza enzimatike në versionin heterogjen përfshin përdorimin e pajisjeve të ndryshme dhe specifike. Për rrjedhjen e tij janë zhvilluar aparate të veçanta kontakti, të ndara sipas sipërfaqes së kontaktit (në tuba, në mure, rrjeta katalizatore); me një shtresë filtri; shtresa e peshuar; me katalizator të pluhurosur në lëvizje.
Shkëmbimi i nxehtësisë në pajisje zbatohet në mënyra të ndryshme:
- përmes përdorimit të këmbyesve të nxehtësisë në distancë (të jashtme);
- me ndihmën e shkëmbyesve të nxehtësisë të integruar në aparatin e kontaktit.
Duke analizuar formulat në kimi, mund të gjenden edhe reaksione të tilla në të cilat katalizatori është një nga produktet përfundimtare që formohet gjatë ndërveprimit kimik.komponentët origjinalë.
Procese të tilla zakonisht quhen autokatalitike, vetë fenomeni quhet autokatalizë në kimi.
Shpejtësia e shumë ndërveprimeve lidhet me praninë e substancave të caktuara në përzierjen e reaksionit. Formulat e tyre në kimi më shpesh mungojnë, të zëvendësuara me fjalën "katalizator" ose versionin e tij të shkurtuar. Ato nuk përfshihen në ekuacionin përfundimtar stereokimik, pasi nuk ndryshojnë nga pikëpamja sasiore pas përfundimit të bashkëveprimit. Në disa raste, sasi të vogla substancash janë të mjaftueshme për të ndikuar ndjeshëm në shpejtësinë e procesit. Situatat janë gjithashtu mjaft të pranueshme kur vetë ena e reaksionit vepron si një përshpejtues i ndërveprimit kimik.
Thelbi i efektit të një katalizatori në ndryshimin e shpejtësisë së një procesi kimik është se kjo substancë përfshihet në përbërjen e kompleksit aktiv, dhe për këtë arsye ndryshon energjinë e aktivizimit të ndërveprimit kimik.
Kur ky kompleks dekompozohet, katalizatori rigjenerohet. Në fund të fundit është se nuk do të shpenzohet, do të mbetet në të njëjtën sasi pas përfundimit të ndërveprimit. Është për këtë arsye që një sasi e vogël e substancës aktive është mjaft e mjaftueshme për të kryer reaksionin me substratin (substancën reaguese). Në realitet, sasi të parëndësishme të katalizatorëve konsumohen ende gjatë proceseve kimike, pasi procese të ndryshme anësore janë të mundshme: helmimi i tij, humbjet teknologjike dhe një ndryshim në gjendjen e sipërfaqes së një katalizatori të ngurtë. Formulat e kimisë nuk përfshijnë një katalizator.
Përfundim
Reaksionet në të cilat merr pjesë një substancë aktive (katalizator) rrethojnë një person, përveç kësaj, ato ndodhin edhe në trupin e tij. Reaksionet homogjene janë shumë më pak të zakonshme sesa ndërveprimet heterogjene. Në çdo rast, fillimisht formohen komplekse të ndërmjetme, të cilat janë të paqëndrueshme, shkatërrohen gradualisht dhe vërehet rigjenerimi (rikuperimi) i përshpejtuesit të procesit kimik. Për shembull, kur acidi metafosforik reagon me persulfatin e kaliumit, acidi hidrojodik vepron si katalizator. Kur i shtohet reaktantëve, formohet një tretësirë e verdhë. Ndërsa i afroheni fundit të procesit, ngjyra gradualisht zhduket. Në këtë rast, jodi vepron si një produkt i ndërmjetëm dhe procesi ndodh në dy faza. Por sapo acidi metafosforik sintetizohet, katalizatori kthehet në gjendjen e tij origjinale. Katalizatorët janë të domosdoshëm në industri, ato ndihmojnë në përshpejtimin e transformimeve dhe marrjen e produkteve të reagimit me cilësi të lartë. Proceset biokimike në trupin tonë janë gjithashtu të pamundura pa pjesëmarrjen e tyre.
