Ang
Chemistry ay ang agham ng mga substance at ang mga pagbabago nito, pati na rin ang mga paraan ng pagkuha ng mga ito. Kahit na sa isang regular na kurikulum ng paaralan, tulad ng isang mahalagang isyu bilang mga uri ng mga reaksyon ay isinasaalang-alang. Ang pag-uuri na ipinakilala sa mga mag-aaral sa pangunahing antas ay isinasaalang-alang ang pagbabago sa antas ng oksihenasyon, ang yugto ng kurso, ang mekanismo ng proseso, atbp. Bilang karagdagan, ang lahat ng mga proseso ng kemikal ay nahahati sa non-catalytic at catalytic mga reaksyon. Ang mga halimbawa ng mga pagbabagong nagaganap sa pakikilahok ng isang katalista ay nakatagpo ng isang tao sa ordinaryong buhay: pagbuburo, pagkabulok. Ang mga non-catalytic transformation ay mas bihira para sa amin.
Ano ang catalyst
Ito ay isang kemikal na substance na maaaring magbago sa bilis ng pakikipag-ugnayan, ngunit hindi nakikilahok dito mismo. Sa kaso kapag ang proseso ay pinabilis sa tulong ng isang katalista, pinag-uusapan natin ang tungkol sa positibong catalysis. Kung ang isang sangkap na idinagdag sa proseso ay nakakabawas sa bilis ng reaksyon, ito ay tinatawag na isang inhibitor.
Mga uri ng catalysis
Ang homogenous at heterogenous catalysis ay nagkakaiba sa yugto, sakung saan matatagpuan ang mga panimulang materyales. Kung ang mga unang bahagi na kinuha para sa mga pakikipag-ugnayan, kabilang ang catalyst, ay nasa parehong estado ng pagsasama-sama, ang homogenous na catalysis ay nagpapatuloy. Sa kaso kapag ang mga substance na may iba't ibang phase ay nakibahagi sa reaksyon, nangyayari ang heterogenous catalysis.
Selectivity of action
Ang
Catalysis ay hindi lamang isang paraan ng pagtaas ng produktibidad ng mga kagamitan, ito ay may positibong epekto sa kalidad ng mga resultang produkto. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na dahil sa pumipili (pumipili) na pagkilos ng karamihan sa mga catalyst, ang direktang reaksyon ay pinabilis, ang mga proseso sa gilid ay nabawasan. Sa wakas, ang mga nagresultang produkto ay may mataas na kadalisayan, hindi na kailangang higit pang linisin ang mga sangkap. Ang selectivity ng catalyst action ay nagbibigay ng tunay na pagbawas sa mga gastos na hindi produksyon ng mga hilaw na materyales, isang magandang pang-ekonomiyang benepisyo.
Mga pakinabang ng paggamit ng catalyst sa produksyon
Ano pa ang nagpapakilala sa mga catalytic reaction? Ang mga halimbawa mula sa isang karaniwang mataas na paaralan ay nagpapakita na ang paggamit ng isang katalista ay nagbibigay-daan sa proseso na maisagawa sa mas mababang temperatura. Kinumpirma ng mga eksperimento na maaari itong magamit upang makabuluhang bawasan ang mga gastos sa enerhiya. Ito ay lalong mahalaga sa modernong mga kondisyon, kapag may kakulangan ng mga mapagkukunan ng enerhiya sa mundo.
Mga halimbawa ng catalytic production
Anong industriya ang gumagamit ng catalytic reactions? Mga halimbawa ng mga naturang produksyon:produksyon ng nitric at sulfuric acids, hydrogen, ammonia, polymers, oil refining. Ang catalysis ay malawakang ginagamit sa paggawa ng mga organic acid, monohydric at polyhydric alcohol, phenol, synthetic resins, dyes, at mga gamot.
Ano ang catalyst
Maraming mga sangkap na nasa periodic table ng mga elemento ng kemikal ng Dmitry Ivanovich Mendeleev, pati na rin ang kanilang mga compound, ay maaaring kumilos bilang mga catalyst. Kabilang sa mga pinakakaraniwang accelerator ay: nickel, iron, platinum, cob alt, aluminosilicates, manganese oxides.
Mga tampok ng mga catalyst
Bilang karagdagan sa selective action, ang mga catalyst ay may mahusay na mekanikal na lakas, nakakayanan ng mga ito ang mga catalytic poison, at madaling muling nabuo (nabawi).
Ayon sa phase state, ang catalytic homogeneous reactions ay nahahati sa gas-phase at liquid-phase.
Tingnan natin ang mga ganitong uri ng reaksyon. Sa mga solusyon, ang hydrogen cations H+, hydroxide base ions OH-, metal cations M+ at mga substance na nag-aambag sa pagbuo ng mga free radical ay kumikilos bilang isang accelerator ng pagbabagong kemikal.
Ang esensya ng catalysis
Ang mekanismo ng catalysis sa interaksyon ng mga acid at base ay ang pagkakaroon ng palitan sa pagitan ng mga nakikipag-ugnayang substance at ng catalyst positive ions (protons). Sa kasong ito, nagaganap ang mga pagbabagong intramolecular. Ayon ditoganito ang mga reaksyon:
- dehydration (water detachment);
- hydration (pagkakabit ng mga molekula ng tubig);
- esterification (pagbubuo ng ester mula sa mga alkohol at carboxylic acid);
- polycondensation (pagbuo ng isang polymer na may pag-aalis ng tubig).
Ang teorya ng catalysis ay nagpapaliwanag hindi lamang sa proseso mismo, kundi pati na rin sa mga posibleng pagbabago sa panig. Sa kaso ng heterogenous catalysis, ang accelerator ng proseso ay bumubuo ng isang independiyenteng yugto, ang ilang mga sentro sa ibabaw ng mga reactant ay nagtataglay ng mga katangian ng catalytic, o ang buong ibabaw ay nasasangkot.
Mayroon ding microheterogeneous na proseso, na kinabibilangan ng pagkakaroon ng catalyst sa isang colloidal state. Ang variant na ito ay isang transitional state mula sa isang homogenous hanggang sa isang heterogenous na uri ng catalysis. Karamihan sa mga prosesong ito ay nagaganap sa pagitan ng mga gaseous substance gamit ang solid catalysts. Maaari silang nasa anyo ng mga butil, tablet, butil.
Pamamahagi ng catalysis sa kalikasan
Enzymatic catalysis ay medyo laganap sa kalikasan. Ito ay sa tulong ng mga biocatalyst na ang synthesis ng mga molekula ng protina ay nagpapatuloy, ang metabolismo sa mga nabubuhay na organismo ay isinasagawa. Hindi isang solong biological na proseso na nangyayari sa pakikilahok ng mga nabubuhay na organismo ang lumalampas sa mga catalytic na reaksyon. Mga halimbawa ng mahahalagang proseso: synthesis ng mga protina na tiyak sa katawan mula sa mga amino acid; pagkasira ng taba, protina, carbohydrates.
Catalysis algorithm
Ating isaalang-alang ang mekanismo ng catalysis. Ang prosesong ito, na nagaganap sa porous solid chemical interaction accelerators, ay kinabibilanganang iyong sarili ng ilang elementarya na yugto:
- pagsasabog ng mga nakikipag-ugnayang substance sa ibabaw ng mga butil ng catalyst mula sa core ng daloy;
- diffusion ng mga reagents sa mga pores ng catalyst;
- chemisorption (activated adsorption) sa ibabaw ng isang chemical reaction accelerator na may hitsura ng mga kemikal sa ibabaw na substance - activated catalyst-reagent complex;
- muling pagsasaayos ng mga atom na may hitsura ng mga kumbinasyon sa ibabaw na "catalyst-product";
- diffusion sa mga pores ng product reaction accelerator;
- diffusion ng produkto mula sa butil na ibabaw ng reaction accelerator papunta sa core flow.
Napakahalaga ng mga catalytic at non-catalytic na reaksyon kaya ipinagpatuloy ng mga siyentipiko ang pagsasaliksik sa lugar na ito sa loob ng maraming taon.
Na may homogenous catalysis, hindi na kailangang magtayo ng mga espesyal na istruktura. Ang enzymatic catalysis sa heterogenous na bersyon ay nagsasangkot ng paggamit ng iba't ibang at partikular na kagamitan. Para sa daloy nito, ang mga espesyal na contact apparatus ay binuo, na hinati ayon sa contact surface (sa mga tubo, sa mga dingding, catalyst grids); na may isang layer ng filter; timbang na layer; na may gumagalaw na pulverized catalyst.
Ang pagpapalitan ng init sa mga device ay ipinapatupad sa iba't ibang paraan:
- sa pamamagitan ng paggamit ng mga remote (panlabas) na heat exchanger;
- sa tulong ng mga heat exchanger na nakapaloob sa contact apparatus.
Sa pamamagitan ng pagsusuri ng mga formula sa chemistry, mahahanap din ng isa ang mga ganoong reaksyon kung saan ang catalyst ay isa sa mga end product na nabuo sa panahon ng chemical interaction.orihinal na bahagi.
Ang ganitong mga proseso ay karaniwang tinatawag na autocatalytic, ang phenomenon mismo ay tinatawag na autocatalysis sa chemistry.
Ang bilis ng maraming pakikipag-ugnayan ay nauugnay sa pagkakaroon ng ilang partikular na sangkap sa pinaghalong reaksyon. Ang kanilang mga formula sa kimika ay madalas na hindi nakuha, pinapalitan ng salitang "catalyst" o ang pinaikling bersyon nito. Hindi sila kasama sa panghuling stereochemical equation, dahil hindi sila nagbabago mula sa isang quantitative point of view pagkatapos makumpleto ang pakikipag-ugnayan. Sa ilang mga kaso, ang maliit na halaga ng mga sangkap ay sapat upang makabuluhang makaapekto sa bilis ng proseso. Ang mga sitwasyon ay katanggap-tanggap din kapag ang reaction vessel mismo ay kumikilos bilang isang accelerator ng chemical interaction.
Ang esensya ng epekto ng isang katalista sa pagbabago ng bilis ng proseso ng kemikal ay ang sangkap na ito ay kasama sa komposisyon ng aktibong complex, at samakatuwid ay nagbabago sa activation energy ng chemical interaction.
Kapag nabulok ang complex na ito, muling nabuo ang catalyst. Ang bottom line ay hindi ito gagastusin, mananatili ito sa parehong halaga pagkatapos ng pagtatapos ng pakikipag-ugnayan. Ito ay para sa kadahilanang ito na ang isang maliit na halaga ng aktibong sangkap ay sapat na upang maisagawa ang reaksyon sa substrate (reacting substance). Sa katotohanan, ang mga hindi gaanong halaga ng mga catalyst ay natupok pa rin sa panahon ng mga proseso ng kemikal, dahil ang iba't ibang mga side process ay posible: ang pagkalason nito, mga pagkalugi sa teknolohiya, at isang pagbabago sa estado ng ibabaw ng isang solidong katalista. Ang mga formula ng Chemistry ay walang kasamang catalyst.
Konklusyon
Mga reaksyon kung saan ang isang aktibong sangkap (catalyst) ay nakikibahagi sa paligid ng isang tao, bukod pa, nangyayari rin ang mga ito sa kanyang katawan. Ang mga homogenous na reaksyon ay hindi gaanong karaniwan kaysa sa mga heterogenous na pakikipag-ugnayan. Sa anumang kaso, ang mga intermediate complex ay unang nabuo, na hindi matatag, ay unti-unting nawasak, at ang pagbabagong-buhay (pagbawi) ng accelerator ng proseso ng kemikal ay sinusunod. Halimbawa, kapag ang metaphosphoric acid ay tumutugon sa potassium persulfate, ang hydroiodic acid ay gumaganap bilang isang katalista. Kapag ito ay idinagdag sa mga reactant, isang dilaw na solusyon ay nabuo. Habang papalapit ka sa dulo ng proseso, unti-unting nawawala ang kulay. Sa kasong ito, ang iodine ay gumaganap bilang isang intermediate na produkto, at ang proseso ay nangyayari sa dalawang yugto. Ngunit sa sandaling ma-synthesize ang metaphosphoric acid, babalik ang catalyst sa orihinal nitong estado. Ang mga katalista ay kailangang-kailangan sa industriya, nakakatulong sila na mapabilis ang mga pagbabago at makakuha ng mga de-kalidad na produkto ng reaksyon. Imposible rin ang mga biochemical na proseso sa ating katawan kung wala ang kanilang partisipasyon.
