Гомогенді және гетероген катализ.

Жоспары:

4.Гомогенді және гетерогенді катализ.

5. Активаторлар мен ингивиторлар.
6. Автокатализдік реакциялар.

Лекция мәтіні:

 

Реакция жылдамдығын өзгертіп, реакция соңында өзгеріссіз қалатын заттар катализатор деп аталады.

Егер де катализ нәтижесінде реакция жылдамдығы артса теріс катализ деп аталады.

Егер де химиялық процесс нәтижесінде катализатор түзілсе, онда процесс автокатализдік деп аталады.

 

СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О → СН₃СООН + С₂Н₅ОН

Катализатордың әсерін кемітетін заттарды ангивиторлар немесе каталитикалық улар деп атайды.

Катализатормен әрекеттесуші заттар біртекті жүйе құрап, бір фазада болса гомогенді катализ, ал әр түрлі фазада болса гетерогенді катализ деп атайды.

Химиялық реакциялар жылдамдығы катализаторлар жәрдемінде реттелуі мүмкін. Реакцияның жылдамдығын өзгерту,бірақ реакцияның соңында сапалы және сандық түрде өзгеріссіз тұратын заттарды катализаторлар деп атайды. Катализатор қатынасуында химиялық реакциялар жылдамдығының өзгеруін катализ деп атайды.

Катализ табиғатта кең тарқалған.Мысалы, сырды қайнату катализ процесіне жатады.Қамырды ашыту, ашытқылар катализатор болады.

Әртүрлі заттар катализатор болуы мүмкін және катализатор әртүрлі агрегаттық жағдайда болуы мүмкін газ, сұйық, қатты болуы мүмкін. Катализаторлар тұздар, қышқылдар, негіздер, оксидтер, метталл, әр түрлі органикалық, анорганикалық газ күйіндегі заттар болуы мүмкін.

Кейбір жағдайларда әр түрлі аралықтарда катализатор рөл ойнайды. Кейбір жағдайларда да реакция өнімінің өзі катализатор болуы мүмкін. Радиациондық араласпаға катализатор қосқанымызда химиялық реакцияның жылдамдығы асатын болса, мұндай катализді оң катализ деп атайды.

 

2КІ + Н₂О₂ = I₂ +2KOH

 

Егер де катализатор қосқанда реакцияның жылдамдығы төмендесе, ондай катализді теріс катализ деп атайды. Жылдамдықты төмендетуші катализаторды кейбір жағдайда да ингивиторлар деп атайды. Сутегі пероксиді кейбір жағдайларда да ыдырайды.

2Н₂О₂ = Н₂О+O₂

 

Егер де осы реакцияға ацепт анилит органикалық реактивті қоссақ, ол уақытта ыдырау тоқтайды. Бұл уақытта ацет анилит ингивитор болады. Кейбір жағдайларда катализаторлар реакцияның жүруінде пайда болады. Мұндай реакциялар автокаталитикалық деп атайды, ал құбылыстың өзі автокатализ деп аталады.Автокатализ уақытында бастапқы уақытта реакция жылдамдығы өте аз болады.

Катализатор өнімі көбейген сайын реакция жылдамдығы күшейе береді.Бірақ белгілі бір максималға жеткеннен кейін реакцияға кірісуші заттар концентрациясының азаюына байланысты реакцияның жылдамдығы қайтадан төмендей бастайды. Мұндай автокатализ реакциясына мысал сірке этил күрделі эфирінің гидролизін жазсақ болады.

 

СН₃-СОО-С₂Н₅ + Н₂О =CH₃COOH+C₂H₅OH

Бұл реакцияда катализаторлар рөлін сірке қышқылы және сутегі ойнайды.Кейбір жағдайларда заттардың араласпасын күшті катализаторлық рөл ойнайды. Мысалы,

 

Ғе₂О₃ +Ві₂О₃

Аммиактың азот оксидіне айналу реакциясында катализаторлық рөл ойнайды. Алдыңғы уақыттарда бұл реакцияларда қымбат платина ойнайтын еді,бұл екі араласпа арзан. Ал азот оксиді көп мөлшерде азот қышқылы алуда қолданады.

Кейбір жағдайларда өздері актив болса да, кейбір заттарды катализаторға қосқанда олардың катализаторлық активтігін асырады. Мұндай қосымша заттарды прамотрлар немесе активтенуші зат деп атайды.

Катализдік реакуияларда катализатордың әсер ету механизмін көпшілік жағдайларда әсерлесуші заттардың катализаторлармен әсерлесіп аралық актив комплекстердің пайда болуы арқылы түсіндіреді. Мысалы:

 

А + В =АВ

Бұл реакцияның жылдамдығы төмендегі басқыштармен жүреді:

а) А + кат → А кат

б) А кат + В → АВ + кат

Көпшілік катализ процесі осы механизм арқылы амалға асады. Осылайша аралық комплекстердің пайда болуы катализ реакцияның активтену энергиясын азайтып жібереді. Нәтижесінде реакция өте оңай амалға асады.

Лекция №23.

Катализаторлардың негізгі қасиеттері және катализге әсер ететін факторлар.

Жоспары:

1. Катализатордың қасиеттері.
2. Дисперстік дәрежесі.
3. Катализатор белсенділігіне әр түрлі факторлар әсері.

Лекция мәтіні:

Катализаторлардың өздеріне тән ерекшклігіне таңдамалылық, арнайылылық, яғни белгілі бір реакцияға немесе реакция топтарына әсер ететін қасиеті жатады. Кейде бір түрлі бастапқы заттардан әр түрлі катализаторлар қолдану арқылы әр түрлі өнімдер алуға болады. Мысалы:

 

СО + Н₂ →СН₂О(1)

СО + Н₂ →СН₃ОН(2)

СО + Н₂ →жоғары спирттер(3)

СО + Н₂ → СН₄ + О₂(4)

СО + Н₂ →қатты парафиндер(5)

 

Катализатордың екі маңызды қасиеттеріне, оның катализдейтін реакцияның активтелу энергиясын төмендету қасиеттері жатады. Реакуияға катализатор қатысқанда аралық өнімдер түзіледі. Сондықтан процесс анағұрлым төмен активтелу энергиясы мәнінде өтеді. Каталитикалық процестердегі активтелу энергиясының төмендеуінің себебі ғылымға әлі белгісіз. Тәжірибе көрсеткендей сутегі пероксидінің айырылу реакциясына катализаторсыз 75,312 кДж/мольге дейін, ал фермент катализаны қолданғанда 23,012 кДж/мольге дейін төмендейді.

 

 

2Н₂О₂ →2Н₂О + О₂

Каталитикалық реакцияның жылдамдығына катализатордың дисперістік дәрежесі қатты әсер етеді. Катализатордың дисрепістік дәрежесі жоғарылаған сайын оның белсенділігі артып, белгілі бір дисперістік дәрежеге дейін созылып, одан соң кемиді. Себебі жүйенің гетерогенділігі жойылады. Катализатордың белсенділігіне дисперстік дәрежеден басқа да факторлар әсер етеді.

1.Температураның әсері. Температура жоғарылаған сайын каталитикалық реакциялардың жылдамдығы артады. Температураның жоғарылауы катализатордың белсенділігіне қарай әсер ете қоймай, сонымен қатар кейде каталитикалық реакцияның бағытына да әсер етеді. Кез келген каталитикалық реакцияның температуралық оптимумы болады.

2. Қысымның әсері. Көлем өзгере жүретін каталитикалық реакцияларға қысымның артуы оң әсер етеді. Кейбір жағдайларда көлем өзгермейтін реакцияларға да қысым оң әсер етеді. Себебі, әрекеттесуші молекулалардың эффективті соқтығысу сандары артады.

3. Еріткіштің әсері. Еріткіштің табиғатына байланысты каталитикалық реакциялардың жылдамдығы әжептеуір өзгеруі мүмкін. Бұл құбылысты толық түсіндіретін теория әлі жасалған жоқ. Бірақ жоамал бойынша еріткіштің полярлы молекуласы әсерінен әрекеттесуші заттар белсенді иондалған күйге өтеді.