Katalytiske reaksjoner: eksempler. Homogen og heterogen katalyse

Kjemi er vitenskapen om stoffer og deres transformasjoner, ogogså måter å skaffe dem på. Selv i ordinær skoleplan, er et viktig spørsmål vurdert, for eksempel typene reaksjoner. Klassifisering, som introduserer studenter på grunnnivå, tar hensyn til endringen i graden av oksidasjon, strømningsfasen, prosessmekanismen, etc. I tillegg er alle kjemiske prosesser delt inn i ikke-katalytiske og katalytiske reaksjoner. Eksempler på transformasjoner som oppstår med deltakelse av en katalysator finnes i vanlig liv: gjæring, forfall. Ikke-katalytiske transformasjoner er mye mindre vanlige.

Hva er en katalysator?

Det er en kjemikalie som kan forandre seginteraksjonshastighet, men det deltar ikke i det. I tilfelle hvor katalysatoren akselererer prosessen, er det et spørsmål om positiv katalyse. I tilfelle at stoffet legges til prosessen, reduserer reaksjonshastigheten, kalles det en inhibitor.

Typer av katalyse

Homogen og heterogen katalyse er forskjellig ifase der utgangsmaterialene er lokalisert. Hvis de første komponentene tatt for interaksjoner, inkludert katalysatoren, er i samme aggregerte tilstand, fortsetter homogen katalyse. I tilfelle når forskjellige fase stoffer deltar i reaksjonen, finner heterogen katalyse sted.

Virkningsevirkning

Katalyse er ikke bare et middeløker produktiviteten av utstyr, påvirker det positivt kvaliteten på de oppnådde produktene. Det er mulig å forklare dette fenomenet ved at på grunn av selektiv virkning av de fleste katalysatorer, akselereres en direkte reaksjon, reduseres sideprosessene. Til slutt er de oppnådde produktene av høy renhet, det er ikke nødvendig å ytterligere rense stoffene. Selektiviteten av virkningen av katalysatoren gir en reell reduksjon i ikke-produksjonskostnader av råvarer, en god økonomisk fordel.

Fordeler ved bruk av katalysatoren i produksjon

Hva er mer katalytiske reaksjoner? Eksemplene som anses i den vanlige videregående skole indikerer at bruken av katalysatoren tillater at prosessen utføres ved lavere temperaturer. Eksperimenter bekrefter at det kan brukes til å redusere energikostnadene betydelig. Dette er spesielt viktig i moderne forhold, når det er mangel på energiressurser i verden.

Eksempler på katalytisk produksjon

Hvilken industri bruker katalytiskreaksjon? Eksempler på slike næringer: Produksjon av salpetersyre og svovelsyrer, hydrogen, ammoniakk, polymerer, oljeraffinering. Katalyse er mye brukt i fremstillingen av organiske syrer, monohydriske og flerverdige alkoholer, fenol, syntetiske harpikser, fargestoffer og stoffer.

Hva er katalysatoren

Mange katalysatorer kan virke som katalysatorer.stoffer i det periodiske bordet av kjemiske elementer av Dmitri Ivanovich Mendeleev, samt deres forbindelser. Blant de vanligste akseleratorene utgis: nikkel, jern, platina, kobolt, aluminosilikater, manganoksider.

Katalysatorer funksjoner

I tillegg til selektiv virkning har katalysatorene utmerket mekanisk styrke, de er i stand til å motstå katalytiske giftstoffer, og blir lett regenerert (gjenopprettet).

Ifølge fase-tilstanden er katalytiske homogene reaksjoner delt i gassfase og væskefase.

Vurder disse typene reaksjoner mer detaljert. I løsninger er den kjemiske konvertering akseleratoren H + hydrogen kationer, OH-base hydroksidioner, M + metallkationer og stoffer som fremmer dannelsen av frie radikaler.

Essens av katalyse

Mekanisme av katalyse i samspillet mellom syrer ogÅrsaken er at det er en utveksling mellom de samvirkende stoffene og katalysatoren med positive ioner (protoner). Når dette skjer intramolekylære transformasjoner. For denne typen reaksjon er:

• dehydrering (vann splitting av);
• hydrering (tilsetning av vannmolekyler);
• forestring (esterdannelse av alkoholer og karboksylsyrer);
• polykondensasjon (polymerdannelse med vanndeling).

Katalyseteori forklarer ikke bare selve prosessen,men også mulige sidetransformasjoner. I tilfelle av heterogen katalyse danner prosessacceleratoren en uavhengig fase, noen sentre på overflaten av reaktantene har katalytiske egenskaper, eller hele overflaten er involvert.

Det er også en mikroheterogen prosess sominvolverer tilstedeværelsen av en katalysator i kolloidal tilstand. Dette alternativet er en overgangsstat fra homogen til heterogen type katalyse. De fleste av disse prosessene finner sted mellom gassformige stoffer ved bruk av faste katalysatorer. De kan være i form av granuler, tabletter, korn.

Spredningen av katalyse i naturen

Enzymatisk katalyse er ganske bredfelles i naturen. Det er ved hjelp av biokatalysatorer at syntesen av proteinmolekyler finner sted, metabolisme i levende organismer utføres. Ikke en enkelt biologisk prosess som involverer levende organismer omgår de katalytiske reaksjonene. Eksempler på vitale prosesser: Syntese av aminosyrer fra proteiner spesifikt for kroppen; splitting av fett, proteiner, karbohydrater.

Algoritme av katalyse

Tenk på katalysens mekanisme. Denne prosessen, som finner sted på porøse faste akseleratorer av kjemisk interaksjon, omfatter flere elementære stadier:

• diffusjon av samvirkende stoffer til overflaten av katalysatorkorn fra strømningskjernen;
• diffusjon av reagenser i porene i katalysatoren;
• kjemisorption (aktivert adsorpsjon) på overflaten av en kjemisk reaksjonsaccelerator med utseendet av kjemiske overflate stoffer - aktivert katalysator - reagenser komplekser;
• omplassering av atomer med fremveksten av overflatekombinasjoner "katalysatorprodukt";
• diffusjon i porer av akseleratoren i reaksjonsproduktet;
• diffusjon av produktet fra kornoverflaten av reaksjonsacceleratoren i strømningskjernen.

Katalytiske og ikke-katalytiske reaksjoner er så viktige at forskere har fortsatt forskning på dette området i mange år.

Ingen behov for homogen katalyse.konstruere spesielle strukturer. Enzymatisk katalyse for en heterogen variant involverer bruk av mangfoldig og spesifikt utstyr. For strømmen har det blitt utviklet spesielle kontaktanordninger, delt på kontaktflaten (i rør, på vegger, katalysatorgitter); med et filtreringslag; suspendert lag; med en bevegelig partikkelformig katalysator.

Varmeoverføring i apparatet er implementert på forskjellige måter:

• gjennom bruk av eksterne (eksterne) varmevekslere;
• ved hjelp av varmevekslere innebygd i kontaktenheten.

Analysere formler i kjemi, man kan finne slike reaksjoner der et av sluttproduktene, som dannes under den kjemiske samspillet mellom de opprinnelige komponentene, virker som en katalysator.

Slike prosesser kalles autokatalytisk, fenomenet i seg selv kalles autokatalyse.

Hastigheten til mange interaksjoner er relatert tilTilstedeværelsen i reaksjonsblandingen av visse stoffer. Deres formler i kjemi blir ofte oversett, erstattet av ordet "katalysator" eller den forkortede versjonen. De er ikke inkludert i den endelige stereokjemiske ligningen, siden de ikke endrer seg fra det kvantitative synspunktet etter fullføringen av samspillet. I noen tilfeller er små mengder stoffer tilstrekkelig til å påvirke prosessens hastighet betydelig. Slike situasjoner er også ganske mulig når reaksjonsbeholderen selv virker som en akselerator for kjemisk interaksjon.

Kjernen av katalysatorens innflytelse på endringen i hastigheten av en kjemisk prosess er at dette stoffet er inkludert i det aktive komplekset og derfor endrer aktiveringsenergien av kjemisk interaksjon.

Med sammenbruddet av dette komplekset observereskatalysatorregenerering. Bunnlinjen er at den ikke vil bli brukt, den vil forbli i samme mengde etter samhandlingens slutt. Det er av denne grunn at en ubetydelig mengde av det aktive stoffet er tilstrekkelig til å utføre reaksjonen med substratet (det reagerende stoffet). I virkeligheten forbrukes ubetydelige mengder katalysatorer fremdeles ved utførelse av kjemiske prosesser, siden forskjellige sideprosesser er mulige: dets forgiftning, teknologiske tap og endring av overflate tilstanden til en fast katalysator. Kjemisk formler krever ingen katalysator.

konklusjon

Reaksjoner der den aktive deltarstoff (katalysator), omgir personen, dessuten strømmer de i kroppen. Homogene reaksjoner er mye mindre vanlige enn heterogene interaksjoner. Under alle omstendigheter oppstår dannelsen av intermediære komplekser først, som er ustabile, gradvis ødelagt og regenerering (gjenvinning) av akseleratoren i den kjemiske prosessen observeres. For eksempel, i interaksjonen av metafosforsyre med kaliumpersulfat, virker hydroiodinsyre som en katalysator. Når det tilsettes reaktantene, dannes en gul løsning. Når vi nærmer oss slutten av prosessen, forsvinner fargen gradvis. I dette tilfellet fungerer jod som et mellomprodukt, og prosessen skjer i to trinn. Men så snart metafosforsyre syntetiseres, går katalysatoren tilbake til sin opprinnelige tilstand. Katalysatorer er uunnværlige i industrien, de bidrar til å akselerere transformasjoner, for å oppnå høykvalitets reaksjonsprodukter. De biokjemiske prosessene i kroppen vår er umulige uten deres deltakelse.