Katalizaje proces promjene brzine hemijska reakcija uz pomoć katalizatori– koji učestvuju u hemijskoj reakciji, ali nisu uključeni u sastav konačnih proizvoda i ne troše se kao rezultat reakcije.
Neki katalizatori ubrzavaju reakciju ( pozitivna kataliza ), drugi usporavaju ( negativna kataliza ). Negativna kataliza se naziva inhibicija i katalizatori koji smanjuju brzinu hemijske reakcije - inhibitori.
Postoje homogena i heterogena kataliza.
Homogena kataliza.
U homogenoj (homogenoj) katalizi, reaktanti i katalizator su u istoj poziciji i između njih nema međuprostora. Primjer homogene katalize - oksidacijske reakcije SO 2 I SO 3 u prisustvu katalizatora NO(reaktanti i katalizator su gasovi).
Heterogena kataliza.
U slučaju heterogene (neujednačene) katalize, reaktanti i katalizator su u različitim agregacijskim stanjima i postoji međusklop između njih. Obično je katalizator solidan, a tvari koje reaguju su tekućine ili plinovi. Primjer heterogene katalize - oksidacije NN 3 prije NO u prisustvu Pt(katalizator je čvrsta supstanca).
Mehanizam djelovanja katalizatora
Učinak pozitivnih katalizatora svodi se na smanjenje aktivacijske energije reakcije E a(ref), efekat inhibitora je suprotan.
Da, za reakciju 2 HI =H2+I 2 E a(ref) =184 kJ/mol. Kada dolazi do ove reakcije u prisustvu katalizatora? Au ili Pt, To E a(ref) =104 kJ/mol, respektivno.
Mehanizam djelovanja katalizatora u homogenoj katalizi objašnjava se stvaranjem intermedijarnih spojeva između katalizatora i jednog od reaktanata. Intermedijer zatim reagira s drugim početnim materijalom kako bi se proizveo produkt reakcije i katalizator u svom izvornom obliku. Budući da je brzina oba međuprocesa znatno veća od brzine direktnog procesa, reakcija uz sudjelovanje katalizatora teče mnogo brže nego bez njega.
Na primjer, reakcija:
SO 2 +1/2O 2 =SO 3 teče vrlo sporo, a ako koristite katalizator NO
zatim reakcije NE +1/2O 2 =NE 2 I NO2+SO 2 =SO3+NO nastavite brzo.
Mehanizam djelovanja katalizatora u heterogenoj katalizi je drugačiji. U ovom slučaju, reakcija nastaje zbog adsorpcija molekule reagujućih supstanci po površini katalizatora (površina katalizatora je heterogena: ima tzv. aktivni centri , na kojoj se adsorbuju čestice reagujućih supstanci.). Povećanje brzine kemijske reakcije postiže se uglavnom smanjenjem energije aktivacije adsorbiranih molekula, a dijelom i povećanjem koncentracije reaktanata na mjestima gdje je došlo do adsorpcije.
Katalitički otrovi i promotori.
Neke tvari smanjuju ili potpuno uništavaju aktivnost katalizatora, takve tvari se nazivaju katalitičkih otrova. Na primjer, male nečistoće sumpora (0,1%) potpuno zaustavljaju katalitičko djelovanje metalnog katalizatora (spužvastog željeza) koji se koristi u sintezi amonijaka. Supstance koje povećavaju aktivnost katalizatora nazivaju se promotori. Na primjer, katalitička aktivnost spužvastog željeza značajno se povećava dodatkom približno 2% kalijevog metaaluminata KAlO2.
Primjena katalizatora
Djelovanje katalizatora je selektivno i specifično. To znači da se upotrebom različitih katalizatora mogu dobiti različiti proizvodi iz istih supstanci. To posebno vrijedi za reakcije organskih tvari. Na primjer, u prisustvu katalizatora AlO3 dehidracija etil alkohola se javlja u prisustvu Cu– dehidrogenacija:
Biološki katalizatori koji učestvuju u složenim hemijskim transformacijama koje se dešavaju u telu nazivaju se enzimi.
Katalizatori se široko koriste u proizvodnji sumporne kiseline, amonijaka, gume, plastike i drugih supstanci.
Katalizatori se dijele na homogena I heterogena. Homogeni katalizator je u istoj fazi sa reagujućim supstancama, heterogeni katalizator formira nezavisnu fazu, odvojenu interfejsom od faze u kojoj se reaguju supstance. Tipični homogeni katalizatori su kiseline i baze. Metali, njihovi oksidi i sulfidi se koriste kao heterogeni katalizatori.
Reakcije istog tipa mogu se javiti i sa homogenim i sa heterogenim katalizatorima. Tako se uz kisele otopine koriste čvrsti Al 2 O 3, TiO 2, ThO 2, aluminosilikati i zeoliti kiselih svojstava. Heterogeni katalizatori sa osnovnim svojstvima: CaO, BaO, MgO.
Heterogeni katalizatori, u pravilu, imaju visoko razvijenu površinu, za koju su raspoređeni na inertnom nosaču (silika gel, aluminijev oksid, aktivni ugljen itd.).
Za svaku vrstu reakcije djelotvorni su samo određeni katalizatori. Pored već pomenutih acidobazne, postoje katalizatori oksidacija-redukcija; karakteriše ih prisustvo prelaznog metala ili njegovog jedinjenja (Co +3, V 2 O 5 + MoO 3). U ovom slučaju, kataliza se provodi promjenom oksidacijskog stanja prijelaznog metala.
Mnoge reakcije se provode pomoću katalizatora koji djeluju kroz koordinaciju reaktanata na atomu ili ionu prijelaznog metala (Ti, Rh, Ni). Ova kataliza se zove koordinacija.
Ako katalizator ima kiralna svojstva, onda se optički aktivan proizvod dobiva iz optički neaktivnog supstrata.
U modernoj nauci i tehnologiji često se koriste sistemi sa više katalizatora, od kojih svaki ubrzava različite faze reakcije. Katalizator također može povećati brzinu jedne faze katalitičkog ciklusa koju provodi drugi katalizator. Ovdje se odvija “kataliza katalize”, ili kataliza drugog nivoa.
U biohemijskim reakcijama enzimi igraju ulogu katalizatora.
Katalizatori se moraju razlikovati od inicijatora. Na primjer, peroksidi se razlažu u slobodne radikale, koji mogu pokrenuti radikalne lančane reakcije. Inicijatori se troše tokom reakcije, tako da se ne mogu smatrati katalizatorima.
mehanizam katalize: 1)krzno. stupnjevito (promjena putanje reakcije) 2) asocijativno 3) enzimsko 4) mikroheterogeno
Specifičnost katalize leži u činjenici da se u prisustvu katalizatora mijenja put kojim se odvija cjelokupna reakcija, formiraju se drugi prelazna stanja s različitim energijama aktivacije, pa se stoga i brzina kemije mijenja. reakcije.
prerada drveta zahteva visoki troškovi u proizvodnji se stoga koriste katalizatori koji ubrzavaju proces hemijske transformacije, povećavaju prinos proizvoda i smanjuju emisiju štetnih materija. prednost proizvoda katalizatori su u tome što ne zahtijevaju velike troškove.
28. Rješenja. Procesi tokom formiranja rastvora. Idealna i realna rješenja. Hidratizira i solvati.
Rješenja- homogeni (homogeni) sistemi, odnosno svaka od komponenti je raspoređena u masi druge u obliku molekula, atoma ili jona
Interakcija između rastvarača i otopljene supstance se naziva rješenje(ako je rastvarač voda - hidratacija).
Energetska karakteristika rastvaranja je toplota formiranja rješenje, smatra se algebarskim zbirom termičkih efekata svih endo- i egzotermnih faza procesa. Najznačajniji među njima su: – procesi upijanja toplote- uništavanje kristalne rešetke, razbijanje hemijskih veza u molekulima; – procesi stvaranja toplote- formiranje produkata interakcije rastvorene supstance sa rastvaračem (hidrati) itd.
SOLVATI, produkti dodavanja rastvarača rastvorenim supstancama. Obično se solvati formiraju u otopini, ali često (kada se otopina ohladi, rastvarač isparava, itd.) dobijeno u kristalnom obliku. solvati faznih kristala.
Hidrati su produkti dodavanja vode neorganskim i organskim tvarima
Klasifikacije katalizatora
Postoji Razne vrste klasifikacija katalizatora, koji se zasnivaju na određenom skupu svojstava ili karakteristika. Najraširenija klasifikacija se zasniva na vrsti supstanci koje su katalizatori. Uključuje sljedeće grupe katalizatora:
1. Metali (masivni, čisti, legure, skeletni, nosivi) - heterogeni katalizatori.
Na primjer, metali grupe VIII (Fe, Ni, Co, Pt, Pd) se koriste kao katalizatori za hidrogenaciju nezasićenih jedinjenja (uglavnom alkena i alkina). Srebro je katalizator oksidacije i oksidativne dehidrogenacije (npr. sinteza formaldehida iz metanola).
Metalni katalizatori mogu biti kompaktni, skeletni ili noseći.
Pt-mreža (kompaktni metal u obliku isprepletenih niti) – CT za oksidaciju sumpordioksida u trioksid (proizvodnja sumporne kiseline). Ili dobro poznati katalizator hidrogenacije - Raney Nickel (ovo je skeletni katalizator koji se dobiva luženjem legure nikla i aluminija).
Podržani katalizatori – paladijum na ugljeniku (Pd/C), paladijum na aluminijum oksidu (Pd/Al 2 O 3), itd.
2. Čvrsta binarna metalna jedinjenja M m E n, gde su E – O, S, Se, Te, As, P, C, N, Si, B, heterogeni katalizatori. Iz ove grupe najčešće se koriste oksidi ili halkogenidi metala poluvodičkog tipa. Primjeri su oksidi MgO, ZnO, Fe 2 O 3, Cr 2 O 3, WO 3, MoO 3, V 2 O 5, itd.
Tako se V 2 O 5 trenutno koristi u sintezi sumporne kiseline.
Katalizatori ovog tipa se široko koriste u procesima hidrogenacije. Na primjer, u sintezi metanola iz CO i vodika prema reakciji:
CO + H 2 → CH 3 OH
Katalizator je mješavina oksida:
Cr 2 O 3 +ZnO (I Kt, ukupan pritisak gasa 250-300 atm, temperatura 300-400 0 C), Cr 2 O 3 +ZnO+CuO (II Kt, blaži uslovi: ukupni pritisak 50-100 atm., temperatura 220-270 0 C, međutim, za razliku od prethodnog, katalizator je izuzetno osjetljiv na prisustvo nečistoća koje sadrže sumpor u izvornim plinovima).
Smjesa oksida molibdena, bizmuta i fosfora sastava MoO 3 ∙Bi 2 O 3 ∙P 2 O 5 – katalizator oksidativne amonolize propilena u akrilonitril:
CH 2 =CH-CH 3 + NH 3 + 1,5 O 2 → CH 2 =CH-CN + 3H 2 O
Molibden i volfram sulfidi sastava Mox S y +W x S y su dobri katalizatori u procesima hidrotretiranja (desulfurizacije) naftnih frakcija –– u prisustvu ovih katalizatora redukuju se supstance koje sadrže sumpor. organska jedinjenja na elementarni sumpor ili vodonik sulfid.
3. Kiseline i baze (homogeni i heterogeni katalizatori) - Bronsted protinske kiseline (HA) u vodenim i nevodenim medijima, Lewis-Usanovich aprotinske kiseline (BF 3, RI), protonski i aprotični centri čvrstih oksida (aluminijum oksidi, aluminosilikati ), bilo koje vrste baza (uključujući i čvrste - MgO, CaCO 3, jonoizmenjivačke smole).
Na takvim katalizatorima se dešavaju reakcije kiselo-bazne katalize i to krekiranje naftnih frakcija (na aluminosilikatima i zeolitima), dehidratacija i hidratacija, sinteza amina iz alkohola (na Al 2 O 3), esterifikacija alkohola i kiselina, kondenzacija aldehida i ketona .
3. Metalni kompleksi, uključujući soli (homogeni i heterogeni katalizatori). Treba napomenuti da su soli prelaznih metala, po pravilu, složena jedinjenja.
Razmotrimo, na primjer, Wackerov proces (oksidacija etilena u acetaldehid), koji se događa u prisustvu PdCl 2 /CuCl 2 katalizatora. U stvari, PdCl 2 je linearni polimer u kojem su atomi metala povezani hloridnim mostovima:
U rastvoru u prisustvu hloridnih jona, depolimerizuje se da formira planarno-kvadratne anjonske komplekse paladija
a to su ti anjonski kompleksi sastavni dio katalizator i učestvuju u katalitičkom ciklusu.
U hidrogenaciji alkina i alkena, rodijum fosfin kompleksi sastava RhCl(PPh 3) 3 služe kao katalizatori.
Tokom karbonilacije metanola u sirćetna kiselina(Monsanto proces) mješavina karbonilnih kompleksa Rh(I) i metil jodida (MeI) koristi se kao prekursor katalizatora.
Katalizator Reppeove reakcije (karbonilacija alkina u prisustvu vode (hidrokarboksilacija), alkohola ili amina) je nikl tetrakarbonil sastava Ni(CO) 4 - prilično labilan kompleks tetraedarske strukture.
kalaj – katalizatori katalitičkog krekinga. Potrebe hemijska industrija– otprilike jedna trećina, ekologija – desetina. Ako je prosječna cijena katalizatora 4 dolara po kilogramu, a prosječni udio u cijeni 0,3%, onda uz pomoć katalizatora proizvode proizvode u vrijednosti od najmanje 1000 milijardi dolara. Kataliza štedi sirovine i energiju i ne zagađuje okruženje. ...
Oni podrazumijevaju uređenu vezu i interakciju između elemenata sistema, zahvaljujući čemu nastaju nova integralna svojstva. U hemijskom sistemu kao što je molekul, specifična priroda interakcije njegovih sastavnih atoma određuje svojstva molekula. 3.2 “Trijumfalni marš organske sinteze” Pojava strukturne teorije omogućila je hemičarima da po prvi put dobiju...
← prethodna sljedeća →
Naše publikacije
Karanfilić (začin) i njegova ljekovita moć Naslov: Zdravog načina života
Tradicionalno, karanfilić se nalazi u gotovo svakom receptu za medenjake i punč. Ovaj začin poboljšava ukus umaka, kao i jela od mesa i povrća. Naučnici su otkrili da su ljuti klinčići odličan antioksidans i stoga su pogodni za jačanje obrambenih snaga organizma.
Pročitajte u potpunostiNaslov: Zdravog načina života
Ramson (divlji beli luk) je svojevrsni vesnik proleća koje se željno iščekuje. To nije iznenađujuće, jer nježni zeleni listovi divljeg bijelog luka nisu samo kulinarski vrhunac, već i zdrav! Beli luk uklanja toksine, snižava krvni pritisak i nivo holesterola. Bori se protiv postojeće ateroskleroze i štiti tijelo od bakterija i gljivica. Pored toga veliki broj vitamine i hranljive materije, divlji beli luk sadrži i aktivni sastojak aliin, prirodni antibiotik sa raznim lekovitim efektima.
Naslov: Zdravog načina života
Zima je vrijeme gripe. Godišnji talas oboljevanja od gripa obično počinje u januaru i traje tri do četiri mjeseca. Može li se gripa spriječiti? Kako se zaštititi od gripe? Da li je vakcina protiv gripa zaista jedina alternativa ili postoje druge opcije? Šta tačno možete učiniti da ojačate svoj imuni sistem i sprečite grip? prirodnim putevima, saznat ćete u našem članku.
Naslov: Zdravog načina života
Ima ih mnogo lekovitog bilja od prehlade. U našem članku ćete se upoznati s najvažnijim biljem koje će vam pomoći da se brže nosite s prehladom i ojačate. Saznat ćete koje biljke pomažu kod curenja iz nosa, djeluju protuupalno, ublažavaju bol u grlu i smiruju kašalj.
Kako postati srećan? Nekoliko koraka do sreće Naslov: Psihologija odnosa
Ključevi sreće nisu tako daleko kao što mislite. Postoje stvari koje zamračuju našu stvarnost. Morate ih se riješiti. U našem članku ćemo vas upoznati s nekoliko koraka koji će vam život učiniti svjetlijim, a vi ćete se osjećati sretnije.
Naučite se ispravno izviniti Naslov: Psihologija odnosa
Čovjek može brzo nešto reći, a da ne primijeti da je nekoga uvrijedio. U tren oka može izbiti svađa. Jedna loša riječ slijedi slijedeću. U jednom trenutku situacija postaje toliko napeta da se čini da iz nje nema izlaza. Jedini spas je da neko od učesnika svađe stane i izvini se. Iskreno i prijateljski. Uostalom, hladno „izvini“ ne izaziva nikakve emocije. Ispravno izvinjenje je najbolji iscjelitelj odnosa u svakoj životnoj situaciji.
Naslov: Psihologija odnosa
Održavanje harmonične veze sa partnerom nije lako, ali je beskrajno važno za naše zdravlje. Možete se pravilno hraniti, redovno vježbati, imati odličan posao i puno novca. Ali ništa od ovoga neće pomoći ako imamo problema u odnosu sa voljenom osobom. Stoga je toliko važno da naši odnosi budu harmonični, a kako to postići, pomoći će vam savjeti u ovom članku.
Loš zadah: šta je razlog? Naslov: Zdravog načina života
Neprijatan zadah je prilično neugodan problem ne samo za krivca ovog mirisa, već i za njegove najmilije. Neugodan miris u izuzetnim slučajevima, na primjer, u obliku hrane od bijelog luka, svima je oprošten. Kronični loš zadah, međutim, može lako dovesti osobu do društvenog ofsajda. Ovo ne bi trebalo da se desi zbog razloga neprijatan miris iz usta se u većini slučajeva relativno lako mogu otkriti i eliminisati.
Naslov:
Spavaća soba uvek treba da bude oaza mira i blagostanja. To je očito razlog zašto mnogi ljudi žele svoju spavaću sobu ukrasiti sobnim biljkama. Ali da li je ovo preporučljivo? I ako je tako, koje biljke su prikladne za spavaću sobu?
Moderna naučna saznanja osuđuju drevnu teoriju da cvijeće nije prikladno u spavaćoj sobi. Ranije se vjerovalo da zelena i cvjetnice troše puno kiseonika noću i može izazvati zdravstvene probleme. Zapravo sobne biljke imaju minimalne potrebe za kiseonikom.
Pročitajte u potpunostiTajne noćne fotografije Naslov: Fotografija
Koja podešavanja fotoaparata treba da koristite za duge ekspozicije, noćno fotografisanje i fotografisanje sa nizak nivo osvetljenje? U našem članku prikupili smo nekoliko savjeta i preporuka koji će vam pomoći da napravite visokokvalitetne noćne fotografije.