10. Oddiy va murakkab reaksiyalar.
Катализатор таъсири. Каталитик реакциялар.
Шундай реакциялар борки,агар иккала асосий дастлабкимоддалар (А + В) ўзаро таъсир эттирилса, улар ўзаро таъсирлашмайдилар. Чунки, улар уртасида борувчи реакциянинг активланиш энергияси Еакт > 120 кж/моль. Лёкин, бу системага учинчи (К) модда киритилса (А + В + К) аралашмада жуда тезлик билан реакция боради, АВ - модда ҳосил бўлади ва К моддаси ўзгаришсиз ажралиб чикади: А+В+К АВ+К.
Бу келтирилган мисолдан кўриниб турибдики, реакциялар тезлиги асосий моддалардан ташқари учинчи модда иштирокига ҳам боғлик экан. Бундай моддалар катализаторлардир.
Катализатор - реакцияга киришиб, реакция тезлигини ўзгартириб, реакциядан сунг ўзгаришсиз ажралиб чикадиган химиявий моддалардир.
Катализатор иштирок этадиган реакциялар каталитик реакциялар дейилади.
Катализатор таъсирида реакция тезлигини ўзгариш ходисаси катализ деб айтилади.
Катализаторлар икки хил бўлади: Ижобий катализатор, яъни реакция тезлигини оширувчи моддалар. Ингибиторлар - реакция тезлигини сёкинлаштирувчи катализатор моддалар. Ингибиторлар, Fe коррозиясини сёкинлаштириш учун анилин ёки Ca(HCO3)2 ингибитор бўлса, HCI синтезини О2 - ингибитори таъсирида сёкинлаштириш мумкин.
Реакцияда иштирок этувчи моддалар ва каттализаторларнинг агрегат ҳолатига кўра гомоген ва гетероген катализ бўлиши мумкин. Гомоген катализ - реакцияга киришувчи моддалар ва катализатор бир агрегат ҳолатда борадиган каталитик реакциялардир.
CO(г) + O2 (г) CO2 . CO газини СО2 гази гача оксидланиши сув буги катализатори таъсирида боради.
2SO2 + O2 2SO3 реакцияда NO - нитрозо гази-катализатордир.
H2O2 H2O + O2 реакцияси эритмада борувчи гомоген каталитик реакциядир.
Гомоген катализга тирик организимда борувчи барча каталитик реакцияларни киритиш мумкин. М:
Крахмал Канд.
Тирик организмда фаолият кўрсатувчи катализаторларни биокатализаторлар ёки ферментлар деб айтилади. Шундай ферментлар қаторига "ПТИАЛИН" дан ташқари "пепсин" моддаси ҳам киради. Бу катализатор ошкозонда оксилли моддаларни тезрок парчаланишига ердам беради.
Эритмаларда борадиган каталитик реакцияларда кўпчилик холларда эритувчи молекулалари катализатор вазифасини утайди. Бу жараёнларда баъзан Н+(Н3О)+ ва ОН-ионлари ҳам иштирок этиши мумкин.
Гетероген катализ - катализатор ва реакцияларга киришувчи моддалар турли агрегат ҳолатларда борадиган каталитик реакциялар. Бу катализ турига аммиак синтези:
N2(г) + 3H2(г) 2NH3 катализатор каттик ҳолда. контакт усулида сульфат кислота синтезида:
2SO2 + O2 2SO3 ҳам катализатор каттик модда.
Шундай реакциялар борки, уларда алохида катализатор кулланилмайди. Лёкин, реакция давомида ҳосил бўладиган моддалардан бирортаси катализтор вазифасини бажаради. Бу жараённи "автокатализ" дейилади. М: перманганат ион MnO4 - билан борадиган (рН < 7) оксидланиш - кайтарилиш реакциялари аввал сёкинрок бориб, бир оз вактдан сунг жуда тезлашиб кетади:
MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O Чунки, реакция натижасида ҳосил бўлувчи Mn2+ иони катализатор вазифасини бажариб, реакцияни тезлашувига сабаб бўлади.
Кўпчилик холларда катализатор нима сабабдан реакция тезлигини оширади деган савол туради. Бу саволга жавоб бериш учун каталитик реакцияларнинг энергетик хусусиятлари ва механизмини билиш зарур.
12-расмга эътибор берилса, А + В АВ реакция бормайди. Чунки бу реакциянинг Еакт жуда катта қийматга эга. Агар уларга катализатор кушилса, бу моддалардан бири катализатор билан (Еакт анча кичик бўлгани учун) жуда тез реакцияга киришиб, А+К --E1 АК моддаси оралик махсулотни ҳосил қилади. Кейинги боскичда АК - оралик махсулот В моддаси билан таъсирлашади:
АК + В [В... А - - - К] АВ + К
актив комплекс
АВ - асосий махсулотни ҳосил қилади ва катализатор эркин ҳолда катализтор ажаралиб чикади. Бу реакциянинг ҳам активланиш энергияси жуда кичик, шу сабабли реакция жуда тез амалга ошади.
Демак, катализаторнинг асосий вазифаси реакцияларнинг активланиш энергиясини камайтиришдан иборат.
Бунинг исботи сифатида қуйидаги далилларни келтириш мумкин.
2HJ H2 + J2 реакцияни тахлил этиб кўрайлик.
Агар реакцияда катализатор ишлатилмаса Еакт = 168 кж/моль. Агар катализатор - Аu (олтин) бўлса, Еакт = 105 кж/моль; агар катализатор – Pt (платина) бўлса, Еакт = 59 кж/моль бўлади.
Катализатор "селективлик" (танловчанлик) хоссасига эга. Чунки, айнан 2 та бир хил модда уртасида борувчи кататилик реакцияда катализаторларни ўзгартириш билан турли реакция махсулотлари ҳосил қилиш мумкин:
Умуман , каталитик реакцияларнинг кинетик тенгламасидан келиб чиккан ҳолда
ифодасини эътиборга олсак, Еакт қиймати экспоненциалнинг манфий ишорали даражасида турибди. Шунга кўра ҳар қандай реакциянинг Еакт қийматининг озгина камайиши К-нинг қийматини кескин ортишига, бошкача айтганда реакция тезлигини ортишига олиб келади.
Шундай моддалар ҳам борки, уларнинг ўзлари катализаторлик қила олмасаларда, бирор катализаторнинг аквтилигини оширадилар. Бундай моддаларни "промотор" лар деб айтилади. М:V2O5 катализаторнинг промотори Na2SO4 тўзидир.
Аксинча, катализатор активлигини кескин камайтириб юборувчи моддалар "катализатор заҳари" дейилади. Бўлар - HCN, As2O3, SO2 ва бошка моддалар.
Ўзаро таъсирлашувчи моддаларнинг табиатига, "элементар акт" да катнашувчи заррачалар (атом, молекула, радикаллар,ионлар) ҳолатига кўра қуйидаги реакция турлари мавжуд.
Оддий реакциялар - бу молекулалар уртасида борувчи химиявий ўзгаришлардир:
N2 + 3H2 2NH3
CaO + CO2 CaCO3
2NO + Cl2 2NOCl
2KCl + PtCl4 K2[PtCl6]
Бундай реакциялар валентликлари туйинган заррачалар уртасида бориб, уларнинг активланиш энергияси (Eакт = 150-450 кж/моль) жуда юкори бўлгани учун анча кийинчилик билан содир бўлади ва махсус шароитларда боради.
Аксарият холларда моддалар эритувчида эритилиб, реакция эритмада боради. Эритмада моддалар ионларга парчалангани учун ионлар уртасида ўзаро таъсирлашув Eакт < 80 кж/моль бўлгани учун жуда тез боради. Масалан:
Ag+ + Cl- AgCl ва
Ва2+ + SO42- BaSO4
Баъзи холларда: электроразряд, киздириш, нурланиш ва механиқ таъсир натижасида моддалар электрон чикариши туфайли молекуляр ионлар ҳосил бўлади. Бундай реакциялар жуда тез боради. М:
H2O + J H2O+ + е- ва
CH4 + J CH4+ + e-
J - ионланиш учун зарур бўлган энергия.
Юкоридаги таъсирлар натижасида молекулалар таркибидаги боғларни ҳосил қилувчи электронлар жуфти иккала атомлар уртасида тенг таксимланмайди. Бу гетеролитик парчаланиш дейилади. Шундай реакциялар ҳам борки, уларда химиявий боғни ҳосил қилган электрон жуфти атомлар уртасида тенг таксимланади, яъни гомолитик ажралиш натижасида валент туйинмаган актив заррачалар - радикаллар ҳосил бўлади. Кўпчилик реакциялар радикал механизмида боради ва бу реакциялар (Eакт < 40 кж/моль) жуда тезлик билан борадилар.
Радикаллар ҳосил бўлишига мисоллар: H:OH H* + OH*
H:NH2 H* + NH2*
R-O:O-R R-O* + *O-R
Радикал механизмида кўпчилик полимерланиш реакциялари ва занжир реакциялари боради.
Do'stlaringiz bilan baham: |