Kjemi er vitenskapen om stoffer og deres transformasjoner, samt metoder for å oppnå dem. Selv i en vanlig skoleplan vurderes en så viktig sak som typer reaksjoner. Klassifiseringen som skoleelever blir introdusert for på grunnleggende nivå tar hensyn til endringen i oksidasjonsgrad, fasen av kurset, prosessens mekanisme osv. I tillegg er alle kjemiske prosesser delt inn i ikke-katalytiske og katalytiske. reaksjoner. Eksempler på transformasjoner som finner sted med deltakelse av en katalysator, møter en person i det vanlige livet: gjæring, forfall. Ikke-katalytiske transformasjoner er mye sjeldnere for oss.
Hva er en katalysator
Dette er et kjemisk stoff som kan endre interaksjonshastigheten, men som ikke deltar i det selv. I tilfellet når prosessen akselereres ved hjelp av en katalysator, snakker vi om positiv katalyse. I tilfelle at et stoff tilsatt prosessen reduserer reaksjonshastigheten, kalles det en inhibitor.
Typer katalyse
Homogen og heterogen katalyse er forskjellig i fase, ihvor utgangsmaterialene befinner seg. Hvis de første komponentene tatt for interaksjoner, inkludert katalysatoren, er i samme tilstand av aggregering, fortsetter homogen katalyse. I tilfelle stoffer i forskjellige faser deltar i reaksjonen, oppstår heterogen katalyse.
Handlingsselektivitet
Katalyse er ikke bare et middel for å øke produktiviteten til utstyr, det har en positiv effekt på kvaliteten på de resulterende produktene. Dette fenomenet kan forklares med det faktum at på grunn av den selektive (selektive) virkningen av de fleste katalysatorer, blir den direkte reaksjonen akselerert, sideprosesser reduseres. Til slutt er de resulterende produktene av høy renhet, det er ikke nødvendig å rense stoffene ytterligere. Selektiviteten til katalysatorvirkningen gir en reell reduksjon i ikke-produksjonskostnader for råvarer, en god økonomisk fordel.
Fordeler med å bruke en katalysator i produksjon
Hva mer kjennetegner katalytiske reaksjoner? Eksempler fra en typisk videregående skole viser at bruken av en katalysator gjør at prosessen kan gjennomføres ved lavere temperaturer. Eksperimenter bekrefter at det kan brukes til å redusere energikostnadene betydelig. Dette er spesielt viktig under moderne forhold, når det er mangel på energiressurser i verden.
Eksempler på katalytisk produksjon
Hvilken industri bruker katalytiske reaksjoner? Eksempler på slike produksjoner:produksjon av salpeter- og svovelsyrer, hydrogen, ammoniakk, polymerer, oljeraffinering. Katalyse er mye brukt i produksjonen av organiske syrer, monohydriske og flerverdige alkoholer, fenol, syntetiske harpikser, fargestoffer og medisiner.
Hva er katalysatoren
Mange stoffer som er i det periodiske systemet over kjemiske elementer til Dmitry Ivanovich Mendeleev, så vel som deres forbindelser, kan fungere som katalysatorer. Blant de vanligste akseleratorene er: nikkel, jern, platina, kobolt, aluminosilikater, manganoksider.
Features of catalysts
I tillegg til selektiv virkning, har katalysatorer utmerket mekanisk styrke, de tåler katalytiske giftstoffer og kan lett regenereres (gjenvinnes).
I henhold til fasetilstanden deles katalytiske homogene reaksjoner inn i gassfase og væskefase.
La oss se nærmere på denne typen reaksjoner. I løsninger virker hydrogenkationer H+, hydroksydbaseioner OH-, metallkationer M+ og stoffer som bidrar til dannelsen av frie radikaler som en akselerator for kjemisk transformasjon.
essensen av katalyse
Mekanismen for katalyse i samspillet mellom syrer og baser er at det er en utveksling mellom de interagerende stoffene og katalysatorens positive ioner (protoner). I dette tilfellet finner intramolekylære transformasjoner sted. I følge dettereaksjonene går slik:
- dehydrering (vannløsning);
- hydrering (feste av vannmolekyler);
- esterifisering (esterdannelse fra alkoholer og karboksylsyrer);
- polykondensasjon (dannelse av en polymer med eliminering av vann).
Teorien om katalyse forklarer ikke bare selve prosessen, men også mulige sidetransformasjoner. Ved heterogen katalyse danner prosessens akselerator en uavhengig fase, noen sentre på overflaten av reaktantene har katalytiske egenskaper, eller hele overflaten er involvert.
Det er også en mikroheterogen prosess, som involverer tilstedeværelsen av en katalysator i kolloidal tilstand. Denne varianten er en overgangstilstand fra en homogen til en heterogen type katalyse. De fleste av disse prosessene foregår mellom gassformige stoffer ved bruk av faste katalysatorer. De kan være i form av granulat, tabletter, korn.
Distribusjon av katalyse i naturen
Enzymatisk katalyse er ganske utbredt i naturen. Det er ved hjelp av biokatalysatorer at syntesen av proteinmolekyler fortsetter, metabolismen i levende organismer utføres. Ikke en eneste biologisk prosess som skjer med deltakelse av levende organismer, omgår katalytiske reaksjoner. Eksempler på vitale prosesser: syntese av proteiner som er spesifikke for kroppen fra aminosyrer; nedbrytning av fett, proteiner, karbohydrater.
Katalysealgoritme
La oss vurdere katalysemekanismen. Denne prosessen, som foregår på porøse faste kjemiske interaksjonsakseleratorer, inkludererdeg selv noen få grunnleggende stadier:
- diffusjon av interagerende stoffer til overflaten av katalysatorkorn fra kjernen av strømmen;
- diffusjon av reagenser i porene til katalysatoren;
- kjemisorpsjon (aktivert adsorpsjon) på overflaten av en kjemisk reaksjonsakselerator med utseende av kjemiske overflatesubstanser - aktiverte katalysator-reagenskomplekser;
- omorganisering av atomer med utseendet til overflatekombinasjoner "katalysator-produkt";
- diffusjon i porene til produktreaksjonsakseleratoren;
- diffusjon av produktet fra kornoverflaten til reaksjonsakseleratoren inn i kjernestrømmen.
Katalytiske og ikke-katalytiske reaksjoner er så viktige at forskere har fortsatt forskning på dette området i mange år.
Med homogen katalyse er det ikke nødvendig å bygge spesielle strukturer. Enzymatisk katalyse i den heterogene versjonen innebærer bruk av forskjellig og spesifikt utstyr. For flyten er det utviklet spesielle kontaktapparater, delt inn i henhold til kontaktflaten (i rør, på vegger, katalysatorgitter); med et filterlag; veid lag; med bevegelig pulverisert katalysator.
Varmeveksling i enheter implementeres på forskjellige måter:
- gjennom bruk av eksterne (eksterne) varmevekslere;
- ved hjelp av varmevekslere innebygd i kontaktapparatet.
Ved å analysere formler i kjemi kan man også finne slike reaksjoner der katalysatoren er et av sluttproduktene som dannes under den kjemiske interaksjonenoriginale komponenter.
Slike prosesser kalles vanligvis autokatalytiske, selve fenomenet kalles autokatalyse i kjemi.
Hastigheten av mange interaksjoner er assosiert med tilstedeværelsen av visse stoffer i reaksjonsblandingen. Formlene deres i kjemi blir oftest savnet, erstattet av ordet "katalysator" eller dets forkortede versjon. De er ikke inkludert i den endelige stereokjemiske ligningen, siden de ikke endres fra et kvantitativt synspunkt etter at interaksjonen er fullført. I noen tilfeller er små mengder stoffer tilstrekkelig til å påvirke prosessens hastighet betydelig. Situasjoner er også ganske akseptable når selve reaksjonsbeholderen fungerer som en akselerator for kjemisk interaksjon.
Essensen av effekten av en katalysator på å endre hastigheten til en kjemisk prosess er at dette stoffet er inkludert i sammensetningen av det aktive komplekset, og derfor endrer aktiveringsenergien til den kjemiske interaksjonen.
Når dette komplekset brytes ned, regenereres katalysatoren. Poenget er at det ikke vil bli brukt, det vil forbli i samme beløp etter slutten av interaksjonen. Det er av denne grunn at en liten mengde av det aktive stoffet er ganske tilstrekkelig for å utføre reaksjonen med substratet (reagerende stoff). I virkeligheten forbrukes fortsatt ubetydelige mengder katalysatorer under kjemiske prosesser, siden forskjellige sideprosesser er mulige: dets forgiftning, teknologiske tap og en endring i tilstanden til overflaten til en fast katalysator. Kjemiformler inkluderer ikke en katalysator.
Konklusjon
Reaksjoner der et aktivt stoff (katalysator) deltar omgir en person, dessuten forekommer de også i kroppen hans. Homogene reaksjoner er mye mindre vanlige enn heterogene interaksjoner. I alle fall dannes først mellomliggende komplekser, som er ustabile, blir gradvis ødelagt, og regenerering (gjenoppretting) av akseleratoren til den kjemiske prosessen observeres. For eksempel, når metafosforsyre reagerer med kaliumpersulfat, fungerer hydrojodsyre som en katalysator. Når det tilsettes til reaktantene, dannes en gul løsning. Når du nærmer deg slutten av prosessen, forsvinner fargen gradvis. I dette tilfellet fungerer jod som et mellomprodukt, og prosessen skjer i to trinn. Men så snart metafosforsyre er syntetisert, går katalysatoren tilbake til sin opprinnelige tilstand. Katalysatorer er uunnværlige i industrien, de bidrar til å fremskynde transformasjoner og oppnå høykvalitets reaksjonsprodukter. Biokjemiske prosesser i kroppen vår er også umulig uten deres deltakelse.
