Kimya maddələr və onların çevrilmələri, eləcə də onların alınma üsulları haqqında elmdir. Hətta adi məktəb kurikulumunda reaksiya növləri kimi mühüm məsələyə baxılır. Məktəblilərin əsas səviyyədə tanış olduğu təsnifat oksidləşmə dərəcəsinin dəyişməsini, kursun fazasını, prosesin mexanizmini və s. nəzərə alır. Bundan əlavə, bütün kimyəvi proseslər katalitik olmayan və katalitik olaraq bölünür. reaksiyalar. Bir katalizatorun iştirakı ilə baş verən çevrilmə nümunələri adi həyatda bir insan tərəfindən qarşılaşır: fermentasiya, çürümə. Katalitik olmayan transformasiyalar bizim üçün daha nadirdir.
Katalizator nədir
Bu, qarşılıqlı təsir sürətini dəyişə bilən, lakin özündə iştirak etməyən kimyəvi maddədir. Proses katalizatorun köməyi ilə sürətləndirildiyi halda, müsbət katalizdən danışırıq. Prosesə əlavə edilən maddə reaksiyanın sürətini azaldırsa, o, inhibitor adlanır.
Kataliz növləri
Homojen və heterojen kataliz fazaya görə fərqlənir,başlanğıc materialların yerləşdiyi yerdir. Qarşılıqlı təsirlər üçün qəbul edilən ilkin komponentlər, o cümlədən katalizator eyni birləşmə vəziyyətindədirsə, homojen kataliz davam edir. Reaksiyada müxtəlif fazalı maddələr iştirak etdikdə heterojen kataliz baş verir.
Fəaliyyətin seçilməsi
Kataliz yalnız avadanlıqların məhsuldarlığını artırmaq vasitəsi deyil, o, əldə edilən məhsulların keyfiyyətinə müsbət təsir göstərir. Bu hadisəni onunla izah etmək olar ki, əksər katalizatorların selektiv (selektiv) fəaliyyəti sayəsində birbaşa reaksiya sürətlənir, yan proseslər azalır. Sonda əldə edilən məhsullar yüksək təmizliyə malikdir, maddələrin daha da təmizlənməsinə ehtiyac yoxdur. Katalizatorun təsirinin seçiciliyi xammalın qeyri-istehsal xərclərinin real azalmasına, yaxşı iqtisadi səmərə verir.
İstehsalda katalizatordan istifadənin üstünlükləri
Katalitik reaksiyalar başqa nə ilə xarakterizə olunur? Tipik orta məktəbdən nümunələr göstərir ki, katalizatordan istifadə prosesi daha aşağı temperaturda həyata keçirməyə imkan verir. Təcrübələr onun enerji xərclərini əhəmiyyətli dərəcədə az altmaq üçün istifadə oluna biləcəyini təsdiqləyir. Bu, dünyada enerji resurslarının çatışmazlığı olan müasir şəraitdə xüsusilə vacibdir.
Katalitik istehsal nümunələri
Hansı sənaye katalitik reaksiyalardan istifadə edir? Belə istehsalın nümunələri:azot və sulfat turşularının, hidrogenin, ammonyakın, polimerlərin istehsalı, neft emalı. Kataliz üzvi turşuların, monohidrik və çox atomlu spirtlərin, fenolların, sintetik qatranların, boyaların və dərmanların istehsalında geniş istifadə olunur.
Katalizator nədir
Dmitri İvanoviç Mendeleyevin kimyəvi elementlərinin dövri cədvəlində olan bir çox maddələr, eləcə də onların birləşmələri katalizator kimi çıxış edə bilər. Ən çox yayılmış sürətləndiricilər arasında bunlardır: nikel, dəmir, platin, kob alt, alüminosilikatlar, manqan oksidləri.
Katalizatorların xüsusiyyətləri
Seçici təsirə əlavə olaraq, katalizatorlar əla mexaniki gücə malikdir, katalitik zəhərlərə tab gətirə bilir və asanlıqla bərpa olunur (bərpa olunur).
Faza vəziyyətinə görə katalitik homogen reaksiyalar qaz faza və maye fazaya bölünür.
Gəlin bu tip reaksiyalara daha yaxından nəzər salaq. Məhlullarda hidrogen kationları H+, hidroksid əsas ionları OH-, metal kationları M+ və sərbəst radikalların əmələ gəlməsinə kömək edən maddələr kimyəvi çevrilmənin sürətləndiricisi kimi çıxış edir.
Katalizin mahiyyəti
Turşuların və əsasların qarşılıqlı təsirində kataliz mexanizmi ondan ibarətdir ki, qarşılıqlı təsir göstərən maddələrlə katalizator müsbət ionları (protonlar) arasında mübadilə olur. Bu zaman molekuldaxili transformasiyalar baş verir. Buna əsasənreaksiyalar belə olur:
- dehidrasiya (suyun ayrılması);
- hidrasiya (su molekullarının birləşməsi);
- esterləşmə (spirtlərdən və karboksilik turşulardan esterlərin əmələ gəlməsi);
- polikondensasiya (suyun ayrılması ilə polimerin əmələ gəlməsi).
Kataliz nəzəriyyəsi təkcə prosesin özünü deyil, həm də mümkün yan çevrilmələri izah edir. Heterogen kataliz zamanı prosesin sürətləndiricisi müstəqil faza əmələ gətirir, reaktivlərin səthindəki bəzi mərkəzlər katalitik xüsusiyyətlərə malikdir və ya bütün səth iştirak edir.
Kolloid vəziyyətdə katalizatorun olmasını nəzərdə tutan mikroheterogen proses də mövcuddur. Bu variant homojendən heterojen kataliz növünə keçid vəziyyətidir. Bu proseslərin əksəriyyəti bərk katalizatorlardan istifadə edərək qaz halında olan maddələr arasında baş verir. Onlar qranullar, tabletlər, taxıllar şəklində ola bilər.
Katalizin təbiətdə paylanması
Enzimatik kataliz təbiətdə kifayət qədər geniş yayılmışdır. Məhz biokatalizatorların köməyi ilə zülal molekullarının sintezi gedir, canlı orqanizmlərdə maddələr mübadiləsi aparılır. Canlı orqanizmlərin iştirakı ilə baş verən heç bir bioloji proses katalitik reaksiyalardan yan keçmir. Həyati proseslərə nümunələr: amin turşularından orqanizmə xas olan zülalların sintezi; yağların, zülalların, karbohidratların parçalanması.
Kataliz alqoritmi
Kataliz mexanizmini nəzərdən keçirək. Məsaməli bərk kimyəvi qarşılıqlı sürətləndiricilərdə baş verən bu prosesə daxildirözünüzə bir neçə elementar mərhələ:
- qarşılıqlı təsir göstərən maddələrin axının nüvəsindən katalizator dənələrinin səthinə yayılması;
- katalizatorun məsamələrində reagentlərin diffuziyası;
- kimyəvi səthi maddələrin - aktivləşdirilmiş katalizator-reagent komplekslərinin görünüşü ilə kimyəvi reaksiya sürətləndiricisinin səthində kimyəvi sorbsiya (aktivləşdirilmiş adsorbsiya);
- səth birləşmələrinin "katalizator-məhsul" görünüşü ilə atomların yenidən təşkili;
- məhsulun reaksiya sürətləndiricisinin məsamələrində diffuziya;
- məhsulun reaksiya sürətləndiricisinin taxıl səthindən nüvə axınına yayılması.
Katalitik və katalitik olmayan reaksiyalar o qədər vacibdir ki, elm adamları uzun illər bu sahədə tədqiqatları davam etdirirlər.
Homojen kataliz ilə xüsusi strukturların qurulmasına ehtiyac yoxdur. Heterojen versiyada fermentativ kataliz müxtəlif və xüsusi avadanlıqların istifadəsini nəzərdə tutur. Onun axını üçün təmas səthinə görə (borularda, divarlarda, katalizator torlarında) bölünən xüsusi kontakt aparatları hazırlanmışdır; bir filtr təbəqəsi ilə; çəkilmiş təbəqə; hərəkətli toz katalizatoru ilə.
Cihazlarda istilik mübadiləsi müxtəlif üsullarla həyata keçirilir:
- uzaqdan (xarici) istilik dəyişdiricilərinin istifadəsi ilə;
- kontakt aparatına quraşdırılmış istilik dəyişdiricilərinin köməyi ilə.
Kimyada düsturları təhlil edərək, katalizatorun kimyəvi qarşılıqlı təsir zamanı əmələ gələn son məhsullardan biri olduğu reaksiyaları da tapmaq olar.orijinal komponentlər.
Belə proseslər adətən avtokatalitik adlanır, fenomenin özü kimyada avtokataliz adlanır.
Bir çox qarşılıqlı təsirlərin sürəti reaksiya qarışığında müəyyən maddələrin olması ilə bağlıdır. Onların kimyadakı düsturları ən çox qaçırılır, "katalizator" sözü və ya onun qısaldılmış versiyası ilə əvəz olunur. Qarşılıqlı təsir başa çatdıqdan sonra kəmiyyət baxımından dəyişmədiyi üçün onlar yekun stereokimyəvi tənliyə daxil edilmir. Bəzi hallarda, prosesin sürətinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir etmək üçün kiçik miqdarda maddələr kifayətdir. Reaksiya qabının özü kimyəvi qarşılıqlı təsirin sürətləndiricisi kimi çıxış etdikdə də vəziyyətlər olduqca məqbuldur.
Katalizatorun kimyəvi prosesin sürətinin dəyişməsinə təsirinin mahiyyəti ondan ibarətdir ki, bu maddə aktiv kompleksin tərkibinə daxildir və buna görə də kimyəvi qarşılıqlı təsirin aktivləşmə enerjisini dəyişir.
Bu kompleks parçalandıqda katalizator regenerasiya olunur. Əsas odur ki, o, xərclənməyəcək, qarşılıqlı əlaqə bitdikdən sonra eyni miqdarda qalacaq. Məhz bu səbəbdən az miqdarda aktiv maddə substratla (reaksiya edən maddə) reaksiya aparmaq üçün kifayət qədər kifayətdir. Əslində, kimyəvi proseslər zamanı hələ də cüzi miqdarda katalizatorlar istehlak olunur, çünki müxtəlif yan proseslər mümkündür: onun zəhərlənməsi, texnoloji itkilər və bərk katalizatorun səthinin vəziyyətinin dəyişməsi. Kimya düsturlarına katalizator daxil deyil.
Nəticə
Aktiv maddənin (katalizatorun) iştirak etdiyi reaksiyalar insanı əhatə etməklə yanaşı, onun orqanizmində də baş verir. Homojen reaksiyalar heterojen qarşılıqlı təsirlərə nisbətən daha az rast gəlinir. İstənilən halda əvvəlcə qeyri-sabit olan ara komplekslər əmələ gəlir, tədricən məhv edilir və kimyəvi prosesin sürətləndiricisinin regenerasiyası (bərpası) müşahidə olunur. Məsələn, metafosfor turşusu kalium persulfatla reaksiyaya girdikdə, hidroyod turşusu katalizator rolunu oynayır. Reaksiyaya girən maddələrə əlavə edildikdə sarı bir məhlul əmələ gəlir. Prosesin sonuna yaxınlaşdıqca rəng tədricən yox olur. Bu zaman yod aralıq məhsul kimi çıxış edir və proses iki mərhələdə baş verir. Lakin metafosfor turşusu sintez olunan kimi katalizator ilkin vəziyyətinə qayıdır. Katalizatorlar sənayedə əvəzolunmazdır, çevrilmələri sürətləndirməyə və yüksək keyfiyyətli reaksiya məhsulları əldə etməyə kömək edir. Bədənimizdəki biokimyəvi proseslər də onların iştirakı olmadan mümkün deyil.
