Katalitičke reakcije: primjeri. Homogena i heterogena kataliza

Kemija - znanost o tvarima i njihovim transformacijama, kao i postupci za njihovu proizvodnju. Čak u redovni školski program se smatra kao važan problem, obje vrste reakcija. Klasifikacija, s kojim studenti se upoznaju s osnovnim razini, uzima u obzir promjenu faze tijeka oksidacije, pa mehanizam procesa. D. Osim toga, svi kemijski procesi su podijeljeni u katalitičkim i ne-katalitičkih reakcija. Primjeri transformacija koje se javljaju uz katalizator susreće čovjeka u svakodnevnom životu: fermentacija, truljenja. Nekatalitičko pretvorbe, mi smo mnogo rjeđi.

Što je katalizator?

To je kemikalija koja može promijeniti brzinu interakcije, ali ne sudjeluje u njemu. U slučaju kada katalizator ubrzava proces, to je pitanje pozitivne katalize. U slučaju da se tvar dodana procesu smanjuje brzina reakcije, zove se inhibitor.

Vrste katalize

Homogena i heterogena kataliza razlikuju se u fazi u kojoj se nalaze polazni materijali. 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 sredstvo povećanja produktivnosti opreme, već 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 katalitičke reakcije? Primjeri takvih produkcija: proizvodnja dušičnih i sumpornih kiselina, vodika, amonijaka, polimera, rafiniranje nafte. Kataliza se naširoko koristi u proizvodnji organskih kiselina, monohidričnih i polihidrični alkoholi, fenola, sintetičkih smola, boja, lijekova.

Što je katalizator?

Kao katalizatori, mnoge tvari koje se nalaze u periodičkom sustavu kemijskih elemenata Dmitrij Ivanovich Mendeleev mogu djelovati, 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 faznom stanju katalitički homogene reakcije podijeljeni su u plinovitu fazu i tekuću fazu.

Razmotrimo ove vrste reakcija u više detalja. U otopinama kemijske pretvorbe akcelerator strše vodikova kationa H +, baza hidroksid iona OH-, metalnih kationa, M +, i tvari koje potiču stvaranje slobodnih radikala.

Bit katalize

Mehanizam katalize u interakciji kiselina i baza 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 nego i moguće transformacije na strani. 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, koji uključuje pronalaženje 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 vrlo raširena 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 (aktiviran adsorpcija) na površini kemijske akceleratora reagira s pojavom površinskih kemijskih tvari - aktivirani kompleksi „reagensa katalizator”;
• 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 nema potrebe za izgradnju posebne dizajne. Enzimska kataliza u heterogenoj varijanti uključuje korištenje raznolike i specifične opreme. Za njen tok razvio posebne kontaktne uređaja, podijeljene preko kontaktne površine (u cijevi, na zidovima katalizatora mrežice) - ponderirani s filterom sloem- sloem- usitnjena kreće katalizatora.

Prijenos topline u uređajima ostvaruje se na različite načine:

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

Analizom formula za kemiju, također se mogu naći reakcije u kojima jedan od konačnih produkata, koji nastaje tijekom kemijske interakcije inicijalnih komponenata, djeluje kao katalizator.

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

Stopa mnogih interakcija povezana je s prisutnošću 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 aktivacijska energija kemijska interakcija.

Tijekom propadanja ovog kompleksa promatra se 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, male količine katalizatora u provedbi kemijski procesi sve se troše, budući da su mogući različiti strani procesi: njegov trovanja, tehnološke gubitke, promjena stanja površine krutog katalizatora. Formule za kemiju ne preuzimaju računovodstvo za katalizator.

zaključak

Reakcije u kojima aktivna tvar (katalizator) sudjeluju okružuju osobu, osim toga, također se javljaju u njegovom 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.