Kemi er videnskaben om stoffer og deres transformationer, såvel som metoder til at opnå dem. Selv i et almindeligt skolepensum overvejes et så vigtigt emne som typer af reaktioner. Klassifikationen, som skolebørn introduceres til på grundniveau, tager højde for ændringen i oxidationsgraden, forløbets fase, processens mekanisme osv. Derudover er alle kemiske processer opdelt i ikke-katalytiske og katalytiske. reaktioner. Eksempler på transformationer, der finder sted med deltagelse af en katalysator, støder en person på i det almindelige liv: gæring, henfald. Ikke-katalytiske transformationer er meget sjældnere for os.
Hvad er en katalysator
Dette er et kemisk stof, der kan ændre interaktionshastigheden, men som ikke selv deltager i det. I det tilfælde, hvor processen accelereres ved hjælp af en katalysator, taler vi om positiv katalyse. I tilfælde af at et stof tilsat processen reducerer reaktionshastigheden, kaldes det en inhibitor.
Katalysetyper
Homogen og heterogen katalyse adskiller sig i fase, ihvor udgangsmaterialerne er placeret. Hvis de indledende komponenter, der tages til interaktioner, inklusive katalysatoren, er i samme aggregeringstilstand, fortsætter homogen katalyse. I det tilfælde, hvor stoffer i forskellige faser deltager i reaktionen, forekommer heterogen katalyse.
Handlingsselektivitet
Katalyse er ikke kun et middel til at øge produktiviteten af udstyr, det har en positiv effekt på kvaliteten af de resulterende produkter. Dette fænomen kan forklares ved, at på grund af den selektive (selektive) virkning af de fleste katalysatorer accelereres den direkte reaktion, sideprocesser reduceres. I sidste ende er de resulterende produkter af høj renhed, der er ingen grund til at rense stofferne yderligere. Selektiviteten af katalysatorvirkningen giver en reel reduktion i ikke-produktionsomkostninger for råmaterialer, en god økonomisk fordel.
Fordele ved at bruge en katalysator i produktionen
Hvad ellers karakteriserer katalytiske reaktioner? Eksempler fra en typisk gymnasieskole viser, at brugen af en katalysator gør det muligt at udføre processen ved lavere temperaturer. Eksperimenter bekræfter, at det kan bruges til at reducere energiomkostningerne markant. Dette er især vigtigt under moderne forhold, hvor der er mangel på energiressourcer i verden.
Eksempler på katalytisk produktion
Hvilken industri bruger katalytiske reaktioner? Eksempler på sådanne produktioner:produktion af salpeter- og svovlsyre, brint, ammoniak, polymerer, olieraffinering. Katalyse bruges i vid udstrækning til fremstilling af organiske syrer, monovalente og polyvalente alkoholer, phenol, syntetiske harpikser, farvestoffer og medicin.
Hvad er katalysatoren
Mange stoffer, der er i det periodiske system af kemiske grundstoffer af Dmitry Ivanovich Mendeleev, såvel som deres forbindelser, kan fungere som katalysatorer. Blandt de mest almindelige acceleratorer er: nikkel, jern, platin, kobolt, aluminosilicater, manganoxider.
Funktioner af katalysatorer
Ud over selektiv virkning har katalysatorer fremragende mekanisk styrke, de er i stand til at modstå katalytiske giftstoffer og er let regenererede (genvindes).
I henhold til fasetilstanden opdeles katalytiske homogene reaktioner i gasfase og væskefase.
Lad os se nærmere på disse typer reaktioner. I opløsninger virker hydrogenkationer H+, hydroxidbaseioner OH-, metalkationer M+ og stoffer, der bidrager til dannelsen af frie radikaler, som accelerator for kemisk omdannelse.
essensen af katalyse
Katalysemekanismen i vekselvirkningen mellem syrer og baser er, at der er en udveksling mellem de vekselvirkende stoffer og katalysatorens positive ioner (protoner). I dette tilfælde finder intramolekylære transformationer sted. Ifølge dennereaktionerne ser sådan ud:
- dehydrering (vandløsning);
- hydrering (vedhæftning af vandmolekyler);
- esterificering (esterdannelse fra alkoholer og carboxylsyrer);
- polykondensation (dannelse af en polymer med fjernelse af vand).
Teorien om katalyse forklarer ikke kun selve processen, men også mulige sidetransformationer. I tilfælde af heterogen katalyse danner processens accelerator en uafhængig fase, nogle centre på overfladen af reaktanterne har katalytiske egenskaber, eller hele overfladen er involveret.
Der er også en mikroheterogen proces, som involverer tilstedeværelsen af en katalysator i kolloid tilstand. Denne variant er en overgangstilstand fra en homogen til en heterogen type katalyse. De fleste af disse processer foregår mellem gasformige stoffer ved hjælp af faste katalysatorer. De kan være i form af granulat, tabletter, korn.
Distribution af katalyse i naturen
Enzymatisk katalyse er ret udbredt i naturen. Det er ved hjælp af biokatalysatorer, at syntesen af proteinmolekyler fortsætter, metabolismen i levende organismer udføres. Ikke en eneste biologisk proces, der sker med deltagelse af levende organismer, omgår katalytiske reaktioner. Eksempler på vitale processer: syntese af proteiner, der er specifikke for kroppen fra aminosyrer; nedbrydning af fedt, proteiner, kulhydrater.
Katalysealgoritme
Lad os overveje katalysemekanismen. Denne proces, som foregår på porøse faste kemiske interaktionsacceleratorer, omfatterdig selv et par elementære stadier:
- diffusion af interagerende stoffer til overfladen af katalysatorkorn fra strømmens kerne;
- diffusion af reagenser i katalysatorens porer;
- kemisorption (aktiveret adsorption) på overfladen af en kemisk reaktionsaccelerator med udseende af kemiske overfladestoffer - aktiverede katalysator-reagenskomplekser;
- omlejring af atomer med udseendet af overfladekombinationer "katalysator-produkt";
- diffusion i porerne i produktreaktionsacceleratoren;
- diffusion af produktet fra reaktionsacceleratorens kornoverflade ind i kernestrømmen.
Katalytiske og ikke-katalytiske reaktioner er så vigtige, at videnskabsmænd har fortsat forskning på dette område i mange år.
Med homogen katalyse er der ingen grund til at bygge specielle strukturer. Enzymatisk katalyse i den heterogene version involverer brugen af forskelligt og specifikt udstyr. Til dets flow er der udviklet specielle kontaktapparater, opdelt efter kontaktfladen (i rør, på vægge, katalysatorgitre); med et filterlag; vejet lag; med pulveriseret katalysator i bevægelse.
Varmeudveksling i enheder implementeres på forskellige måder:
- ved brug af fjerntliggende (eksterne) varmevekslere;
- ved hjælp af varmevekslere indbygget i kontaktapparatet.
Ved at analysere formler i kemi kan man også finde sådanne reaktioner, hvor katalysatoren er et af slutprodukterne, der dannes under den kemiske interaktionoriginale komponenter.
Sådanne processer kaldes norm alt autokatalytiske, selve fænomenet kaldes autokatalyse i kemi.
Hastigheden af mange interaktioner er forbundet med tilstedeværelsen af visse stoffer i reaktionsblandingen. Deres formler i kemi savnes oftest, erstattet af ordet "katalysator" eller dets forkortede version. De er ikke inkluderet i den endelige stereokemiske ligning, da de ikke ændrer sig fra et kvantitativt synspunkt efter afslutningen af interaktionen. I nogle tilfælde er små mængder af stoffer tilstrækkelige til at påvirke processens hastighed væsentligt. Situationer er også helt acceptable, når selve reaktionsbeholderen fungerer som en accelerator for kemisk interaktion.
Essensen af en katalysators effekt på at ændre hastigheden af en kemisk proces er, at dette stof er inkluderet i sammensætningen af det aktive kompleks og derfor ændrer aktiveringsenergien af den kemiske interaktion.
Når dette kompleks nedbrydes, regenereres katalysatoren. Den nederste linje er, at det ikke bliver brugt, det vil forblive i det samme beløb efter afslutningen af interaktionen. Det er af denne grund, at en lille mængde af det aktive stof er ret tilstrækkeligt til at udføre reaktionen med substratet (reagerende stof). I virkeligheden forbruges ubetydelige mængder af katalysatorer stadig under kemiske processer, da forskellige sideprocesser er mulige: dets forgiftning, teknologiske tab og en ændring i tilstanden af overfladen af en fast katalysator. Kemiformler inkluderer ikke en katalysator.
Konklusion
Reaktioner, hvori et aktivt stof (katalysator) deltager, omgiver en person, derudover forekommer de også i hans krop. Homogene reaktioner er meget mindre almindelige end heterogene interaktioner. Under alle omstændigheder dannes først mellemliggende komplekser, som er ustabile, bliver gradvist ødelagt, og regenerering (genopretning) af acceleratoren af den kemiske proces observeres. For eksempel, når metaphosphorsyre reagerer med kaliumpersulfat, fungerer hydroiodsyre som en katalysator. Når det tilsættes til reaktanterne, dannes en gul opløsning. Når du nærmer dig slutningen af processen, forsvinder farven gradvist. I dette tilfælde fungerer jod som et mellemprodukt, og processen foregår i to trin. Men så snart metaphosphorsyre er syntetiseret, vender katalysatoren tilbage til sin oprindelige tilstand. Katalysatorer er uundværlige i industrien, de hjælper med at fremskynde transformationer og opnår reaktionsprodukter af høj kvalitet. Biokemiske processer i vores krop er også umulige uden deres deltagelse.
