Kemi är vetenskapen om ämnen och deras omvandlingar, såväl som metoder för att erhålla dem. Även i en vanlig läroplan övervägs en så viktig fråga som typer av reaktioner. Klassificeringen som skolbarn introduceras för på grundnivå tar hänsyn till förändringen i oxidationsgraden, kursens fas, processens mekanism etc. Dessutom är alla kemiska processer uppdelade i icke-katalytiska och katalytiska. reaktioner. Exempel på transformationer som äger rum med deltagande av en katalysator möts av en person i det vanliga livet: jäsning, förfall. Icke-katalytiska transformationer är mycket ovanligare för oss.
Vad är en katalysator
Detta är ett kemiskt ämne som kan ändra interaktionshastigheten, men som inte deltar i det själv. I det fall då processen accelereras med hjälp av en katalysator, talar vi om positiv katalys. I händelse av att ett ämne som tillsätts i processen minskar reaktionshastigheten kallas det en inhibitor.
Typer av katalys
Homogen och heterogen katalys skiljer sig i fas, ivilka utgångsmaterialen finns. Om de initiala komponenterna som tas för interaktioner, inklusive katalysatorn, är i samma tillstånd av aggregation, fortskrider homogen katalys. I de fall då ämnen i olika faser deltar i reaktionen sker heterogen katalys.
Handlingsselektivitet
Katalys är inte bara ett sätt att öka utrustningens produktivitet, det har en positiv effekt på kvaliteten på de resulterande produkterna. Detta fenomen kan förklaras av det faktum att på grund av den selektiva (selektiva) verkan av de flesta katalysatorer accelereras den direkta reaktionen, sidoprocesser reduceras. I slutändan är de resulterande produkterna av hög renhet, det finns inget behov av att rena ämnena ytterligare. Selektiviteten hos katalysatorverkan ger en reell minskning av icke-produktionskostnader för råvaror, en god ekonomisk fördel.
Fördelar med att använda en katalysator i produktionen
Vad mer kännetecknar katalytiska reaktioner? Exempel från en typisk gymnasieskola visar att användningen av en katalysator gör att processen kan genomföras vid lägre temperaturer. Experiment bekräftar att det kan användas för att avsevärt minska energikostnaderna. Detta är särskilt viktigt i moderna förhållanden, när det råder brist på energiresurser i världen.
Exempel på katalytisk produktion
Vilken industri använder katalytiska reaktioner? Exempel på sådana produktioner:produktion av salpeter- och svavelsyror, väte, ammoniak, polymerer, oljeraffinering. Katalys används i stor utsträckning vid framställning av organiska syror, envärda och flervärda alkoholer, fenol, syntetiska hartser, färgämnen och läkemedel.
Vad är katalysatorn
Många ämnen som finns i det periodiska systemet för kemiska element hos Dmitry Ivanovich Mendeleev, såväl som deras föreningar, kan fungera som katalysatorer. Bland de vanligaste acceleratorerna är: nickel, järn, platina, kobolt, aluminosilikater, manganoxider.
Funktioner hos katalysatorer
Förutom selektiv verkan har katalysatorer utmärkt mekanisk styrka, de kan motstå katalytiska gifter och är lätta att regenerera (återvinnas).
I enlighet med fastillståndet delas katalytiska homogena reaktioner in i gasfas och vätskefas.
Låt oss titta närmare på den här typen av reaktioner. I lösningar fungerar vätekatjoner H+, hydroxidbasjoner OH-, metallkatjoner M+ och ämnen som bidrar till bildandet av fria radikaler som en accelerator för kemisk omvandling.
Katalysens väsen
Mekanismen för katalys i växelverkan mellan syror och baser är att det sker ett utbyte mellan de växelverkande ämnena och katalysatorns positiva joner (protoner). I detta fall sker intramolekylära transformationer. Enligt det härreaktionerna ser ut så här:
- uttorkning (vattenavlossning);
- hydrering (fastsättning av vattenmolekyler);
- esterifiering (esterbildning från alkoholer och karboxylsyror);
- polykondensation (bildning av en polymer med eliminering av vatten).
Teorin om katalys förklarar inte bara själva processen, utan också möjliga sidotransformationer. I fallet med heterogen katalys bildar processens accelerator en oberoende fas, vissa centra på ytan av reaktanterna har katalytiska egenskaper, eller så är hela ytan inblandad.
Det finns också en mikroheterogen process, som involverar närvaron av en katalysator i kolloid alt tillstånd. Denna variant är ett övergångstillstånd från en homogen till en heterogen typ av katalys. De flesta av dessa processer äger rum mellan gasformiga ämnen med hjälp av fasta katalysatorer. De kan vara i form av granulat, tabletter, spannmål.
Distribution av katalys i naturen
Enzymatisk katalys är ganska utbredd i naturen. Det är med hjälp av biokatalysatorer som syntesen av proteinmolekyler fortsätter, metabolismen i levande organismer utförs. Inte en enda biologisk process som sker med deltagande av levande organismer kringgår katalytiska reaktioner. Exempel på vitala processer: syntes av proteiner som är specifika för kroppen från aminosyror; nedbrytning av fetter, proteiner, kolhydrater.
Katalysalgoritm
Låt oss överväga katalysmekanismen. Denna process, som äger rum på porösa fasta kemiska interaktionsacceleratorer, inkluderardig själv några elementära stadier:
- diffusion av interagerande ämnen till ytan av katalysatorkorn från kärnan av flödet;
- diffusion av reagenser i katalysatorns porer;
- kemisorption (aktiverad adsorption) på ytan av en kemisk reaktionsaccelerator med utseende av kemiska ytsubstanser - aktiverade katalysator-reagenskomplex;
- omarrangemang av atomer med utseendet av ytkombinationer "katalysator-produkt";
- diffusion i porerna i produktens reaktionsaccelerator;
- diffusion av produkten från kornytan på reaktionsacceleratorn in i kärnflödet.
Katalytiska och icke-katalytiska reaktioner är så viktiga att forskare har fortsatt forskning inom detta område i många år.
Med homogen katalys finns det inget behov av att bygga speciella strukturer. Enzymatisk katalys i den heterogena versionen innebär användning av olika och specifik utrustning. För dess flöde har speciella kontaktapparater utvecklats, uppdelade efter kontaktytan (i rör, på väggar, katalysatorgaller); med ett filterskikt; vägt lager; med rörlig pulveriserad katalysator.
Värmeväxling i enheter implementeras på olika sätt:
- genom användning av fjärranslutna (externa) värmeväxlare;
- med hjälp av värmeväxlare inbyggda i kontaktapparaten.
Genom att analysera formler inom kemi kan man även hitta sådana reaktioner där katalysatorn är en av slutprodukterna som bildas under den kemiska interaktionenoriginalkomponenter.
Sådana processer brukar kallas autokatalytiska, själva fenomenet kallas autokatalys inom kemin.
Hastigheten av många interaktioner är förknippad med närvaron av vissa ämnen i reaktionsblandningen. Deras formler i kemi missas oftast, ersatta av ordet "katalysator" eller dess förkortade version. De ingår inte i den slutliga stereokemiska ekvationen, eftersom de inte förändras ur en kvantitativ synvinkel efter att interaktionen har slutförts. I vissa fall är små mängder ämnen tillräckliga för att väsentligt påverka processens hastighet. Situationer är också helt acceptabla när själva reaktionskärlet fungerar som en accelerator för kemisk interaktion.
Käran av effekten av en katalysator på att ändra hastigheten i en kemisk process är att denna substans ingår i sammansättningen av det aktiva komplexet och därför ändrar aktiveringsenergin för den kemiska interaktionen.
När detta komplex sönderfaller, regenereras katalysatorn. Summan av kardemumman är att det inte kommer att spenderas, det kommer att förbli i samma belopp efter slutet av interaktionen. Det är av denna anledning som en liten mängd av den aktiva substansen är ganska tillräcklig för att utföra reaktionen med substratet (reagerande substans). I verkligheten förbrukas fortfarande obetydliga mängder katalysatorer under kemiska processer, eftersom olika sidoprocesser är möjliga: dess förgiftning, tekniska förluster och en förändring i tillståndet på ytan av en fast katalysator. Kemiformler inkluderar ingen katalysator.
Slutsats
Reaktioner där en aktiv substans (katalysator) deltar omger en person, dessutom förekommer de också i hans kropp. Homogena reaktioner är mycket mindre vanliga än heterogena interaktioner. I vilket fall som helst bildas först mellanliggande komplex, som är instabila, förstörs gradvis, och regenerering (återhämtning) av acceleratorn för den kemiska processen observeras. Till exempel, när metafosforsyra reagerar med kaliumpersulfat, fungerar jodvätesyra som en katalysator. När det tillsätts till reaktanterna bildas en gul lösning. När du närmar dig slutet av processen försvinner färgen gradvis. I detta fall fungerar jod som en mellanprodukt, och processen sker i två steg. Men så snart metafosforsyra syntetiseras återgår katalysatorn till sitt ursprungliga tillstånd. Katalysatorer är oumbärliga i industrin, de hjälper till att påskynda omvandlingar och få högkvalitativa reaktionsprodukter. Biokemiska processer i vår kropp är också omöjliga utan deras deltagande.
