Katalitske reakcije: primeri. Homogena in heterogena kataliza

Kemija je znanost o snoveh in njihovi preobrazbi, pa tudi način njihovega pridobivanja. Tudi v rednem šolskem kurikulumu se obravnava pomembno vprašanje, kot so vrste reakcij. Klasifikacija, s katerimi se študenti uvedene na osnovno raven, upošteva spremembo toka oksidacijske faze, in tako mehanizem proces. D. Poleg tega so vsi kemijski procesi so razdeljeni v katalitskih nekatalitskega reakcije. Primeri transformacij, ki se pojavljajo s sodelovanjem katalizatorja, so v običajnem življenju: fermentacija, razpadanje. Nekatalitske transformacije so veliko manj pogoste.

Kaj je katalizator?

Je kemikalija, ki lahko spremeni hitrost interakcije, vendar ne sodeluje v njej. V primeru, da katalizator pospeši proces, gre za vprašanje pozitivne katalize. Če se snov, dodana postopku, zmanjša reakcijska stopnja, se imenuje zaviralec.

Vrste katalize

Homogena in heterogena kataliza se razlikujeta v fazi, v kateri se nahajajo izhodni materiali. Če so začetne sestavine, ki so bile vzete za interakcije, vključno s katalizatorjem, v istem agregatnem stanju, nadaljuje homogena kataliza. V primeru, da v reakciji sodelujejo različne faze snovi, poteka heterogena kataliza.

Selektivnost delovanja

Kataliza ni samo sredstvo za povečanje produktivnosti opreme, temveč pozitivno vpliva na kakovost pridobljenih izdelkov. Ta pojav je mogoče razložiti z dejstvom, da se zaradi selektivnega delovanja večine katalizatorjev pospeši neposredna reakcija, stranski procesi so zmanjšani. Končno so pridobljeni izdelki visoke čistosti, zato ni potrebe po nadaljnjem čiščenju snovi. Selektivnost delovanja katalizatorja dejansko zmanjšuje neproizvodne stroške surovin, kar je dobra ekonomska korist.

Prednosti uporabe katalizatorja v proizvodnji

Kaj so še katalitične reakcije? Primeri, obravnavani v redni srednji šoli, kažejo, da uporaba katalizatorja omogoča, da se proces izvaja pri nižjih temperaturah. Poskusi potrjujejo, da ga je mogoče uporabiti za bistveno zmanjšanje stroškov energije. To je še posebej pomembno v sodobnih razmerah, ko v svetu obstaja pomanjkanje energetskih virov.

Primeri katalitskih produkcij

Katera industrija uporablja katalitične reakcije? Primeri takšnih produkcij: proizvodnja nitratnih in žveplovih kislin, vodika, amonijaka, polimerov, rafiniranje nafte. Kataliza se pogosto uporablja pri proizvodnji organskih kislin, monohidričnih in polihidrični alkoholi, fenol, sintetične smole, barve, zdravila.

Kaj je katalizator?

Kot katalizatorji lahko deluje veliko snovi, ki so v periodičnem sistemu kemijskih elementov Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva, pa tudi njihove spojine. Med najpogostejšimi pospeševalci so: nikelj, železo, platina, kobalt, aluminosilikati, manganov oksidi.

Funkcije katalizatorja

Poleg selektivnega delovanja imajo katalizatorji odlično mehansko trdnost, sposobnost prenosa katalitičnih strupov, jih je mogoče enostavno regenerirati (predelati).

V fazi katalitskega stanja homogene reakcije se delijo na plinasto in tekoče fazo.

Omenimo te vrste reakcij bolj podrobno. Pri raztopinah kemijske pospeševalca pretvorbe štrlijo vodikovega katione H +, baza hidroksidnih ionov OH-, kovinske katione, M +, in snovi, ki pospešujejo tvorbo prostih radikalov.

Bistvo katalize

Mehanizem katalize pri medsebojnem delovanju kislin in baz je, da obstajajo izmenjave med snovmi, ki se medsebojno delujejo, in katalizatorjem s pozitivnimi ioni (protoni). Intramolekularne transformacije potekajo. Ta vrsta reakcije je:

• dehidracija (odstranjevanje vode);
• hidratacija (dodajanje molekul vode);
• esterifikacija (tvorba estra iz alkohola in karboksilnih kislin);
• polikondenzacija (tvorba polimera z izločanjem vode).

Teorija katalize razlaga ne le sam proces, temveč tudi možne stranske transformacije. V primeru heterogene katalize procesni pospeševalnik tvori neodvisno fazo, nekateri centri na površini reakcijskih snovi imajo katalitične lastnosti ali celotno površino.

Obstaja tudi mikroheterogeni proces, ki vključuje iskanje katalizatorja v koloidnem stanju. Ta varianta je prehodno stanje od homogene do heterogene katalize. Večina teh procesov se pojavlja med plinastimi snovmi, ki uporabljajo trdne katalizatorje. Lahko so v obliki granul, tablet, zrn.

Širjenje katalize v naravi

Encimska kataliza je v naravi precej razširjena. S pomočjo biokatalizatorjev se sintetizirajo proteinske molekule, metabolizem se izvaja v živih organizmih. Nobenega biološkega procesa, ki poteka s sodelovanjem živih organizmov, ne obide katalitičnih reakcij. Primeri vitalnih procesov: sinteza aminokislin iz proteinov, specifičnih za telo - cepitev maščob, beljakovin, ogljikovih hidratov.

Algoritem katalize

Razmislite o mehanizmu katalize. Ta proces, ki poteka na poroznih trdnih pospeševalnikih kemične interakcije, vključuje več osnovnih stopenj:

• difuzijo medsebojno delujočih snovi na površino zrn katalizatorja iz jedra toka;
• difuzijo reagentov v porah katalizatorja;
• kemosorpcija (aktivirana adsorpcija) na površini pospeševalnika kemične reakcije s pojavom kemičnih površinskih snovi - aktiviranih kompleksov "katalizator-reagent";
• preureditev atomov s pojavom kombinacij površinskih katalizatorjev;
• difuzijo v porah pospeševalnika reakcije proizvoda;
• difuzijo produkta z zrna površine reakcijskega pospeševalnika v jedro pretoka.

Katalitične in nekatalitske reakcije so tako pomembne, da znanstveniki že vrsto let še naprej raziskovajo na tem področju.

S homogeno katalizo ni potrebe po konstrukciji posebnih struktur. Encimska kataliza v heterogeni različici vključuje uporabo različnih specifičnih naprav. Za njeno tok razvili posebne kontaktne naprave, razdeljenih preko kontaktne površine (v cevi, na stenah katalizatorja ubira) - uteženi s filtrom sloem- sloem- prahu s premikajočo katalizatorja.

Prenos toplote v napravah je realiziran na različne načine:

• z uporabo zunanjih (zunanjih) toplotnih izmenjevalcev;
• s pomočjo toplotnih izmenjevalnikov, vgrajenih v stikalno napravo.

Analiziranje formul za kemijo lahko najdemo tudi reakcije, v katerih eden od končnih produktov, ki nastane med kemijsko interakcijo začetnih komponent, deluje kot katalizator.

Takšni procesi se ponavadi imenujejo avtokatalitični, pojav v kemiji se imenuje avtokataliza.

Stopnja številnih interakcij je povezana s prisotnostjo določenih snovi v reakcijski mešanici. Njihove formule v kemiji se najpogosteje spregledajo, zamenjani z besedo "katalizator" ali njeno skrajšano različico. Niso vključeni v končno stereokemijsko enačbo, ker se po zaključku interakcije s kvantitativnim vidikom ne spreminjajo. V nekaterih primerih zadostujejo majhne količine snovi, ki pomembno vplivajo na hitrost procesa. V celoti je dovoljeno in takšne situacije, ko reakcijska posoda sam deluje kot pospeševalnik kemične interakcije.

Bistvo učinka katalizatorja na spremembo hitrosti kemičnega postopka je, da je ta snov vključena v aktivni kompleks in zato spremembe aktivacijska energija kemijska interakcija.

Med razpadom tega kompleksa opazimo regeneracijo katalizatorja. Bottom line je, da se ne bo porabil, ostane v enakem znesku po koncu interakcije. Zato je za reakcijo z substratom (reakcijska snov) zadostna neznatna količina aktivne snovi. V resnici so majhne količine katalizatorjev pri izvajanju kemičnih procesov vseeno so porabljene, saj so možni različni stranski procesi: njegovo zastrupitev, tehnološke izgube, spremembo stanja površine trdnega katalizatorja. Formule za kemijo ne predvidevajo katalizatorja.

Zaključek

Reakcije, v katerih aktivna snov (katalizator) sodeluje, obkroža osebo, poleg tega se pojavljajo tudi v telesu. Homogene reakcije so veliko manj pogoste kot heterogene interakcije. V vsakem primeru se oblikujejo vmesni kompleksi, ki so nestabilni, postopoma uničijo in opazujemo regeneracijo (predelavo) pospeševalnika kemičnega postopka. Na primer, v interakciji metafosforne kisline s kalijevim persulfatom, brezvodna jodova deluje kot katalizator. Ko se doda reaktantom, nastane rumena raztopina. Ko se približate koncu procesa, barva postopoma izgine. Jod v tem primeru deluje kot vmesni produkt, postopek pa poteka v dveh fazah. Toda takoj, ko sinteza metafosforne kisline, se katalizator vrne v prvotno stanje. Katalizatorji so v industriji nepogrešljivi, pomagajo pospešiti preobrazbo in pridobiti kakovostne reakcijske produkte. Nemogoče brez njihovega sodelovanja in biokemijskih procesov v našem telesu.