Katalizatorning ta’siri. Katalitik reaksiyalar

Katalizatorning ta’siri. Katalitik reaksiyalar

Shunday reaksiyalar borki, agar ikkala asosiy dastlabki moddalar (A + B) o'zaro bevosita ta'sir ettirilsa, ular o'zaro reaksiyaga kirishmaydilar. Chunki ular o'rtasida boruvchi reaksiyaning faollanish energiyasi Efaol >120 kJ/mol. Lekin bu faol sistemaga uchinchi (K) modda kiritilsa, (A + B + K) aralashmada reaksiya juda katta tezlik bilan boradi, AB-modda hosil bo'ladi va K moddasi o'zgarishsiz ajralib chiqadi:

A+B+K → [ABK] → AB + K

Bu keltirilgan misoldan ko'rinib turibdiki, reaksiyalar tezligi asosiy moddalardan tashqari uchinchi modda ishtirokiga ham bog'liq ekan. Bunday moddalar katalizatorlar deyiladi.
Katalizatorlar - reaksiyada qatnashib, uning tezligini o'zgartirib, reaksiyadan so'ng o'z holatini saqlagan holda ajralib chiqadigan kimyoviy moddalardir. Katalizator ishtirok etadigan reaksiyalar katalitik reaksiyalar deyiladi. Katalizator ta'sirida reaksiya tezligining o'zgarishi hodisasi kataliz deb aytiladi.

Katalizatorlar ikki xil bo'ladi. Musbat katalizator, ya'ni reaksiya tezligini oshiruvchi moddalar. Reaksiya tezligini sekinlashtiruvchi katalizator moddalar manfiy katalizatorlar, ya'ni ingibitorlar deyiladi.
Fe korroziyasini sekinlashtirish uchun anilin yoki Ca(HCO3)2 ingibitor bo'lsa, HCI sintezini O₂ ingibitori ta'sirida sekinlashtirish mumkin. Reaksiyada ishtirok etuvchi moddalar va katalizatorlarning agregat holatiga ko'ra gomogen va geterogen kataliz bo'lishi mumkin.

Gomogen kataliz - reaksiyaga kirishuvchi moddalar va katalizator bir agregat holatda bo'lgan katalitik reaksiyalardir. Misol:

2CO(r)+O2(g)kat-H2O(bug) 2CO2

CO gazini CO, gazigacha oksidlanishida suv bug'i katalizator bo'ladi.
2SO2(g) + O2(g) → 2SO, reaksiyada NO gazi katalizatordir. Gomogen katalizga tirik organizmda boruvchi barcha katalitik reaksiyalarni kiritish mumkin. Masalan:

Kraxmal (kat. = ptialin) Qand

Tirik organizmda faoliyat ko'rsatuvchi katalizatorlarni biokatalizatorlar yoki fermentlar deb aytiladi. Shunday fermentlar qatoriga "ptialin" dan tashqari "pepsin" moddasi ham kiradi. Bu katalizator oshqozonda oqsilli moddalarni tezroq parchalanishiga yordam beradi.
Eritmalarda boradigan ko'pchilik katalitik reaksiyalarda erituvchi molekulalari katalizator vazifasini o'taydi. Bu jarayonlarda ba'zan H+, (H2O)+ va OH- ionlari ham ishtirok etishi mumkin.

Geterogen kataliz katalizator va reaksiyalarga kirishuvchi moddalar turli agregat holatlarda bo'lgan sistemalarda boradigan katalitik reaksiyalardir. Bu kataliz turiga ammiak sintezini misol qilib keltirish mumkin.

N₂(g) +3H2(g) →kat = Fe(Al2O3) →2NH3 (g)

da katalizator qattiq modda. Kontakt usulida sulfat kislota sintezida

2SO2(r) +O2(r) V2O5 (yoki Pt) 2SO3

da katalizator qattiq modda.

Shunday reaksiyalar borki, ularda alohida katalizator qo'llanilmaydi, lekin reaksiya davomida hosil bo'ladigan moddalardan birortasi katalizator vazifasini bajaradi. Bu jarayonni "autokataliz" deyiladi. Masalan: permanganat ioni - MnO4- bilan boradigan (pH<7) oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari avval sekinroq borib, bir oz vaqtdan so'ng juda tezlashib ketadi:

MnO4- + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H₂O

Chunki reaksiya natijasida hosil bo'luvchi Mn2+ ioni katalizator vazifasini bajarib, reaksiyaning tezlashuviga sabab bo'ladi. Tabiiyki, katalizator nima sababdan reaksiya tezligini oshiradi, degan savol turadi. Bu savolga javob berish uchun katalitik reaksiyalarning energetik xususiyatlari va mexanizmini bilish zarur. Katalizatorning asosiy vazifasi reaksiyalarning faollanish energiyasini kamaytirishdan iborat. Buning isboti sifatida quyidagi dalillarni keltirish mumkin: 2HJ→ H₂ + J₂ reaksiyani tahlil etib ko'raylik.

Agar reaksiyada katalizator ishlatilmasa, Efaol=168 kJ/mol. faol Au (oltin) bo'lsa, Efaol=105 kJ/mol; agar faol Agar katalizator katalizator Pt (platina) bo'lsa, Efaol= 59 kJ/mol bo'ladi. faol
Katalizator "selektivlik" (tanlovchanlik) xossasiga ega. Chunki, aynan 2 ta bir xil modda o'rtasida boruvchi katalitik reaksiyada katalizatorlarni o'zgartirish bilan turli xil reaksiya mahsulotlarini hosil qilish mumkin:

Shunday moddalar ham borki, ularning o'zlari katalizatorlik qila olmasalarda, biroq katalizatorning faolligini oshiradilar. Bunday moddalarni "promotor" lar deb aytiladi. Masalan: V₂O5 katalizatorning promotori Na₂SO₄ tuzidir.

Aksincha, katalizator faolligini keskin kamaytirib yuboruvchi moddalar "katalizator zahari" deyiladi. Bular HCN, As2O3 SO2 va boshqa moddalar.