Katalitičke reakcije: primjeri. Homogena i heterogena kataliza

Kemija je znanost tvari i njihovih transformacija, ii načine njihova dobivanja. Čak i u običnom školskom kurikulumu, smatra se važno pitanje, kao što su vrste reakcija. Klasifikacija, koja uvodi učenike na osnovnoj razini, uzima u obzir promjenu stupnja oksidacije, faze protoka, mehanizma procesa, itd. Osim toga, svi kemijski procesi podijeljeni su u ne katalitičke i katalitičke reakcije. Primjeri transformacija koje se javljaju uz sudjelovanje katalizatora nalaze se u običnom životu: fermentacija, propadanje. Ne-katalitičke transformacije su mnogo manje uobičajene.

Što je katalizator?

To je kemikalija koja se može promijenitibrzinu interakcije, ali ne sudjeluje u njemu. U slučaju kada katalizator ubrzava proces, to je pitanje pozitivne katalize. U slučaju da tvari dodane procesu smanjuju brzinu reakcije, naziva se inhibitor.

Vrste katalize

Razlikuju se homogena i heterogena katalizafazu u kojoj su polazni materijali smješteni. Ako su početne komponente uzete za interakcije, uključujući katalizator, u istom agregatnom stanju, nastaje homogena kataliza. U slučaju kada različite reakcije uključuju fazne tvari, dolazi do heterogene katalize.

Selektivnost djelovanja

Kataliza nije samo sredstvopovećavajući produktivnost opreme, pozitivno utječe na kvalitetu dobivenih proizvoda. Moguće je objasniti tu pojavu činjenicom da zbog selektivnog djelovanja većine katalizatora dolazi do ubrzavanja izravne reakcije, smanjenja bočnih procesa. Konačno, dobiveni proizvodi su visoke čistoće, nema potrebe daljnjeg pročišćavanja tvari. Selektivnost djelovanja katalizatora daje realno smanjenje neproizvodnih troškova sirovina, što je dobra ekonomska korist.

Prednosti korištenja katalizatora u proizvodnji

Što su još katalitičke reakcije? Primjeri koji se razmatraju u običnoj srednjoj školi ukazuju da upotreba katalizatora omogućuje da se proces provede pri nižim temperaturama. Eksperimenti potvrđuju da se može koristiti za značajno smanjenje troškova energije. To je osobito važno u suvremenim uvjetima kada u svijetu nedostaje energija.

Primjeri katalitičkih produkcija

Koja industrija koristi katalizatorreakcija? Primjeri takvih produkcija: proizvodnja dušičnih i sumpornih kiselina, vodika, amonijaka, polimera, rafiniranja nafte. Naširoko koristi katalizu u pripremi organskih kiselina, monohidričnih i polihidričnih alkohola, fenola, sintetičkih smola, boja, lijekova.

Što je katalizator?

Kao katalizatori, mnogitvari koje su u periodičkom sustavu kemijskih elemenata Dmitrij Ivanovich Mendelejev, kao i njihove spojeve. Među najčešćim ubrzivačima su: nikal, željezo, platina, kobalt, aluminosilikati, mangani oksidi.

Značajke katalizatora

Uz selektivno djelovanje, katalizatori imaju izvrsnu mehaničku čvrstoću, sposobni su izdržati katalitičke otrove, lako se regeneriraju (oporavljaju).

Na katalizatorima homogenih reakcija faznog stanja podijeljeni su u fazu plina i tekuću fazu.

Razmotrimo ove vrste reakcija u više detalja. U otopinama vodikov ion H +, hidroksidni ioni OH-baza, metalni M + kationi i tvari koje potiču formiranje slobodnih radikala djeluju kao akcelerator kemijske transformacije.

Bit katalize

Mehanizam katalize u interakciji kiselina ibaza je da postoji razmjena između interaktivnih tvari i katalizatora pomoću pozitivnih iona (protona). Odvijaju se intramolekularne transformacije. Ova vrsta reakcije je:

dehidracija (odvajanje vode);
hidratacija (dodavanje molekula vode);
esterifikacija (stvaranje estera iz alkohola i karboksilnih kiselina);
polikondenzacija (stvaranje polimera s uklanjanjem vode).

Teorija katalize objašnjava ne samo sam proces,ali i moguće strane transformacije. U slučaju heterogene katalize, procesni akcelerator tvori nezavisnu fazu, neki centri na površini tvari koje reagiraju imaju katalitička svojstva ili je uključena cijela površina.

Tu je i mikroheterogeni proces kojipretpostavlja prisutnost katalizatora u koloidnom stanju. Ova varijanta je prijelazno stanje od homogene do heterogene katalize. Većina tih procesa javlja se između plinovitih tvari korištenjem krutih katalizatora. Oni mogu biti u obliku granula, tableta, žitarica.

Širenje katalize u prirodi

Enzimatska kataliza je dovoljno širokoje široko rasprostranjena u prirodi. Pomoću biokatalizatora se sintetiziraju proteinske molekule, metabolizam se provodi u živim organizmima. Niti jedan biološki proces, koji se odvija uz sudjelovanje živih organizama, ne zaobilazi katalitičke reakcije. Primjeri vitalnih procesa: sinteza aminokiselina iz proteina specifičnih za tijelo; cijepanje masti, proteina, ugljikohidrata.

Algoritam katalize

Razmislite o mehanizmu katalize. Ovaj proces, koji se odvija na poroznim čvrstim akceleratorima kemijske interakcije, uključuje nekoliko osnovnih stadija:

difuziju interakcijskih tvari na površinu zrna katalizatora iz jezgre struje;
difuziju reagensa u porama katalizatora;
kemisorpcija (aktivirana adsorpcija) na površini akceleratora kemijske reakcije s pojavom kemijskih površinskih supstanci - aktiviranih kompleksa "katalizator-reagens";
preraspodjela atoma s pojavom kombinacija površinskih katalizatora i produkata;
difuziju u porama akceleratora reakcije produkta;
difuziju produkta iz površine zrna reakcijskog akceleratora u jezgru protoka.

Katalitičke i ne katalitičke reakcije toliko su važne da znanstvenici već dugi niz godina i dalje istražuju na ovom području.

Kada homogena kataliza nije neophodnakonstruirati posebne strukture. Enzimatska kataliza u heterogenoj verziji uključuje upotrebu raznih specifičnih uređaja. Za njegov protok su razvijeni posebni kontaktni uređaji, podijeljeni preko kontaktne površine (u cijevima, na zidovima, u katalizatorskim rešetkama); s filtarskim slojem; suspendirani sloj; s pomicanjem praškastog katalizatora.

Prijenos topline u uređajima ostvaruje se na različite načine:

pomoću vanjskih (vanjskih) izmjenjivača topline;
uz pomoć izmjenjivača topline ugrađenih u kontaktni uređaj.

Analizirajući formulu kemije, može se naći takve reakcije u kojima se katalizator djeluje kao jedna od krajnjih produkata koji se stvaraju tijekom kemijske interakcije početnih komponenti.

Takvi procesi obično nazivaju autokatalitički, fenomen u kemiji naziva se autokataliza.

S time se povezuje brzina mnogih interakcijaprisutnost određenih tvari u reakcijskoj smjesi. Njihove se formule u kemiji najčešće previdi, zamjenjuju riječima "katalizator" ili skraćenom verzijom. Oni nisu uključeni u konačnu stereokemijsku jednadžbu, jer se nakon završetka interakcije ne mijenjaju s kvantitativnog stajališta. U nekim slučajevima male količine tvari su dovoljne da značajno utječu na brzinu procesa. To je potpuno dopušteno i takve situacije, kada sama reakcijska posuda djeluje kao ubrzivač kemijske interakcije.

Bit učinka katalizatora na promjenu brzine kemijskog procesa je ta da je ta tvar uključena u aktivni kompleks, i stoga mijenja energiju aktivacije kemijske interakcije.

U propadanju ovog kompleksa,regeneracija katalizatora. Dno crta je da se neće potrošiti, ostat će u istoj količini nakon završetka interakcije. Iz tog razloga je beznačajna količina aktivne tvari dovoljna za reakciju sa supstratom (reagirajuća tvar). U stvarnosti, neznatne količine katalizatora tijekom kemijskih procesa još se konzumiraju jer su različiti strani procesi mogući: trovanje, tehnološke gubitke, mijenjanje stanja krute katalizatora. Formule za kemiju ne preuzimaju računovodstvo za katalizator.

zaključak

Reakcije u kojima su aktivni(katalizator), okružuju osobu, osim što teče i u tijelu. Homogene reakcije su mnogo manje uobičajene od heterogenih interakcija. U svakom slučaju, prvo, nastaju međuproizvodi koji su nestabilni, postupno se uništavaju i opaža se regeneracija (oporavak) akceleratora kemijskog procesa. Na primjer, u interakciji metafosforne kiseline s kalijevim persulfatom, jodna bezvodna kiselina djeluje kao katalizator. Kada se doda u reaktante, stvara se žuta otopina. Dok približite kraju procesa, boja postupno nestaje. Jod djeluje kao međuproizvod u ovom slučaju, a proces se odvija u dvije faze. Ali čim se metafosforna kiselina sintetizira, katalizator se vraća u prvobitno stanje. Katalizatori su neophodni u industriji, pomažu u ubrzavanju transformacije, dobivanja kvalitetnih reakcijskih proizvoda. Nemoguće bez njihovog sudjelovanja i biokemijskih procesa u našem tijelu.