1. Термодинамика және статистикалық физика макроскопиялық жүйелерде болатын физикалық процестерді зерттейді. Макроскопиялық жүйе
жүктеу/скачать 0,78 Mb.
|
doc1548272458
| КАТАЛИЗ.Түрлері
Химиялық реакциялардың жылдамдығын катализатор көмегімен реттеуге болады. Химиялық реакциялардың жылдамдығын өзгертіп және осы реакциядан кейін өзі өзгеріссіз қалатын заттарды катализатор дейді. Ал осындай өзгерісті реакцияларды, яғни катализатордың қатысуымен жылдамдығы өзгере жүретін реакцияларды катализ деп атайды. Катализ термині ғылым тіліне енбей тұрып, адамзат өте ертеден-ақ биологиялық катализаторларды күнделікті тіршілікте пайдаланған. Мысалы, олар шарап әзірлеген, уытқы арқылы сыра, боза ашытып, айран алған, камыр ашытып нан пісірген, тері илеген. Бертін келе, XVIII ғасырдың аяғы XIX ғасырдың басында химиялық әдебиеттерде, химиялық реакциялардың жылдамдығын тек биологиялық катализатор — ферментпен ғана емес, бейорга-никалық қосылыстан алынған катализатор көмегімен де өзгертуге болатының жарияладық. Үш агрегаттық күйдегі кез келген және әр түрлі заттар катализатор болуы мүмкін: кышкылдар, тұздар, негіздер, оксидтер, металдар, әр түрлі органикалық қосылыстар, газ түріндегі заттар. Кейбір жағдайларда реакция өнімі, ыдыстың беті мен қабырғасы, шаң, бу сияқты әр түрлі қоспалар да катализаторлық қызмет атқаруы мүмкін. Егер катализатор реакцияның жылдамдығын арттырса, катализ оң, ал реакция жылдамдығын төмендетсе, теріс деп аталады. Мысал ретінде сутек пероксидін алайық. Оған марганец (IV) оксидін аздап қосса, оның ыдырауы тез жүреді. Ал ацетанилидті қосса, мүлдем ыдырамайды. Кейде реакциялық қоспаға ешбір катализатор қоспаса да, осы реакция өнімі катализатор болып, реакция жылдамдығын өзгертеді. Мұндай реакцияларды автокаталиттік, ал құбылысты авто-катализ деп атайды. Өзін-өзі тездететін реакциялардың жылдамдығы әуелі өте төмен болады, реакция нәтижесінде алынған жаңа зат өзге молекулаларының пайда болуын тездететіндіктен, реакция жылдамдығы жоғарылайды, ал реакция сонында жылдамдық күрт төмендейді. Алғашқыдағы жылдамдықтың төмен болуы әлі катализатордың жетіспеуінен болса, соңғы сатыдағы төмендеу — реакцияға түсетін реагент концентрацияларының азаюынан. Өзін-өзі катализдейтін реакцияларға мысал ретінде сіркеэтилді эфирдің бейтарап ортадағы сабындалу реакцкциясын алуға болады: СНзСООС2Н5 + Н2О---С Н3СООН+С2Н5ОН. Бұл реакция кезінде пайда болған сірке қышкылының түзілген алғашқы молекулалары ацетат анионы мен сутек катионына ыдырайды. Сутек ионы сіркеэтилді эфирге шабуыл жасап, оңың сабындалу реакциясын тездетеді. Сутек ионы көбейген сайын негізгі реакция жылдамдығы арта түседі де, реакция нәтижесіндегі қышқыл өзін-өзі катализдейді. Сол сияқты кейбір процестерде қолданылатын катализтордың кұрамына енетін өте аз қоспа оның қабілетін не активтілігін төмендетіп, қайсыбір жағдайларда мүлдем жояды. Мұндай зиянды қоспаларды ингибиторлар немесе каталиттік улар деп атайды. Мысалы, мыс катализаторларды көміртек (II) оксидінің өте аз мөлшері уландырса, платинаның каталиттік әсерін селен металының қоспа іздері-ақ төмендетеді, ал темірден әзірленген катализаторлар үшін күкірт пен оттек және олардың қосылыстары, оксидтері өте зиянды. Кейде екі не одан көп катализатор қоспасының активтілігі осы қоспа құрамына енетін жекеленген катализаторлардын. активтілігінен едәуір артық болуы мүмкін. Мысалы, аммиакты оттекпен тотықтырып, азот (II) оксидін алып, одан азот қышқылын «синтездеу процесін платина не висмут (III) оксидпен, не темір (III) оксидімен катализдеп, реакция жылдамдығын, оған байланысты өнім шығымдылығын арттырады. Әрине, платинаны катализатор ретінде қолданғанда, реакция жылдамдығы жоғарылайды, ал оксидтерді пайдаланса, төмендейді. Катализатор кұны да платинадан темір (III) оксидіне қарай бірнеше есе арзандайды. Осы процеске висмут (III) пен темір (III) оксидінін. (Ві2Оз + + ҒегО3) арзан қоспасын катализатор ретінде қолданса, аммиакттың тотығу реакциясы жоғарыда келтірілген үш катализатордың да жеке жылдамдығынан артық болады екен. Кейбір заттардың катализаторлық қасиеті жоқ, ал оларды басқа катализаторға қосса, онда мұндай қоспаның катализаторлық қабілеті артады. Мұндай заттарды промоторлар немесе активтендірушілер деп атайды. Бұған екі мысал алайық. Көміртек оксиді мен сутекті әрекеттестіріп метанды синтездеу үшін никель металын катализатор етіп қолданады. Бұл процесті церий металы мүл-дем катализдемейді. Ал никельге шамалы ғана церийді қосса, онда осы қоспадағы никельдің активтілігі жүздеген есе артады екен. Келесі мысал ретінде күкірт оксиді ваннадий оксидінің катализдеуімен онан әрі тотығады. Ал егер осы ваннадий оксидіне сілтілік металды не олардың сульфатын қосса, онда әуелгі катализатордық яғни ваннадий оксидінің активтілігі әлденеше рет арта-ды. Қазіргі кезде мұндай активтелген немесе промоторланған катализаторлар техника мен технологияда, өндірісте жиі қолданылады. Химиялық реакцияға катализаторлар әсерінін. механизмі аралық қосылыстар теориясында түсіндіріледі. Катализатор әрекеттесетін реагенттердін, бірімен әлсіз ғана аралық қосылыс түзеді. Сонан соң осы аралық қосылыс келесі реагентпен жеңіл реакцияға түседі. А+В->АВ реакциясы каталиттік жүріп, аралық қосылыс түзіп, соңғы өнім берсе: А+В----АВ 1. А+Қ---АК 2. АК+В-+АВ+К Мұндағы А және В —химиялық реагент, К - катализатор. Катализатор әуелі А реагентімен қосылып, АК аралық қосылысын түзеді де В реагентімен әрекеттеседі. Каталиттік реакция жылдамдығы аралық қосылыстың тез түзіліп, тез ыдырауына ғана байланысты. Аралық қосылыстың ыдырау жылдамдығы соңғы өнімді беретін реакция жылдамдығынан артық болса, онда жалпы реакция жылдамдығы төмендейді. Ал соңғы өнімді беретін реакция жылдамдығы аралық қосылыстың ыдырау жылдамдығынан артық болса, жалпы каталиттік реакция жылдамдығы өте жоғары болады. Көптеген реакциялардың жылдамдығы жоғарыда айтылған екі шектің арасында болатынын тәжірибе көрсетіп келеді. Катализаторларға тән қасиеттердің бірі — олардың әр түрлі атомдарға, атом топтарына, кейбір химиялық байланыстарға таңдап әсер етуі. Мысалы, сахарозаға әсер ететін фермент крахмалды гидролиздемейді. Кейде әрекеттесетін заттарға түрлі катализатормен әсер етіп және реакция жағдайын өзгертіп реакцияны түрлі барытта жүргізуге болады. Катализаторлардың келесі бір маңызды касиеттерінің бірі — олардың катализдеуші реакциядағы активтендіру энергиясын төмендетуі. Бұған басты себеп, катализатордың реакцияға түсетін заттардың бірімен өте тұрақсыз аралық қосылыс түзіп және осының салдарынан жалпы реакцияға қажетті активтендіру энергиясының төмендеуі. Каталиттік реакциялардың температурасы жоғарылаған сайын жылдамдығы артады. Температураның жоғарылауы тек катализатордын; активтілігін арттырып қана қоймай, каталиттік реакцияның бағытына да ықпалын тигізеді. Әрбір катализатордыд берілген химиялық реакциядағы ең жоғарғы активтілігі белгілі бір температурада ғана көрінеді. Сондықтан да каталиттік экзотермиялық реакция кезінде жылуды үнемі сыртқа шығарып тұру қажет. Тәжірибе кезінде алынған кейбір мәліметтерге қарағанда көптеген каталиттік реакциялардың жылдамдығы қысымға да байланысты. Бұл реакциялар көлемінің өзгеруіне байланысты жүретін процестер үшін аса маңызды. Мұндай реакциядағы қысымнын артуы реакция жылдамдығына дұрыс әсер етеді. Мысалы, жоғарғы спирттер тек жоғарғы қысымда ғана синтезделеді. Олай болса,біраз реакциялар қалыпты қысымда мүлдем жүрмейді. Кейбір жағдайдағы реакциялар көлем өзгермей қысым артқанда жылдамдығы жоғарылайды. Мұнда қысым әсерінен әрекеттесуші молекулалар арасындағы әсерлі қақтығыстар саны артады. Қазір каталиттік процестер өнеркәсіпте кеңінен қолданылады. Катализатор қолданылмайтын химия саласын табудың өзі қиын. Катализатор көмегімен спирттер, альдегидтер, аммиак, күкірт Ш азот кышқылдарьг, жағар, жанар майлар, пластикалық массалар, резина, бояу, маргарин және басқа да көптеген заттар алынады. жүктеу/скачать 0,78 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|