Kataliz va katalizatorlar

4. GETEROGEN KATALIZ NAZARIYALARI

Kataliz hodisasini izohlab beradigan nazariyalardan biri oraliq mahsulotlar hosil bo’lish nazariyasidir. Bu nazariyaga muvofiq, katalizator reaksiya oxirida o’z tarkibi va miqdorini o’zgartirmasa ham reaksiyaning oraliq bosqichlarida ishtirok etadi. А + В  АВ reaksiya o’z – o’zicha juda sust borib, katalizator (K) ishtirokida tezlashadi. Reaksiyaning tezlashishiga sabab reaksiyaning oraliq bosqichida katalizator ishtirok etishidir.

А + К  АК
АК + В  АВ + К
---------------------------------------
А + В + К  АВ + К
Bu sxema katalizatorning reaksiya oxirida o’zgarmay qolishini va reaksiya tezligining katalizator miqdoriga proportsional ekanligini ko’rsatadi.
SHunday qilib, oraliq mahsulotlar nazariyasiga muvofiq, katalizator reagentlar bilan birikib, beqaror birikmalar hosil qilganligidan reaksiya tezlashadi.
1886 yilda D.I. Mendeleev geterogen kataliz katalizator sirtida adsorbilangan molekulalarning deformatsiyalanishidan kelib chiqadi deb tushuntirdi. D.I. Mendeleevning bu nazariyasi keyinchalik boshqa olimlar tomonidan mukammallashtirilda. N.D. Zelinskiy bu tasavvurlarning organik kimyodagi katalitik reaksiyalarga qo’llanilishini ko’rsatdi. Uning fikricha, katalizatorning kristallik panjarasida yonma – yon turuvchi qo’shni atomlarning har biri adsorbtsiya vaqtida o’ziga organik modda molekulasidan uglerod atomlarini tortadi. Buning natijasida organik modda molekulasi deformatsiyalanadi va molekuladagi bog’lanishlar bo’shashadi. Shu sababli reaksiya tezligi ortadi.
N.I. Kobozevning 1939 yilda taklif etgan «Katalitik aktiv ansambllar» nazariyasiga ko’ra, reaktsiyada katalitik effekt yuzaga chiqishi uchun katalizatorning bir necha molekulalari o’zaro yoki yoyuvchining bir necha molekulalari bilan albatta amorf mahsulot, ya‘ni ansambl hosil qilishi lozim.
SHu vaqtga qadar geterogen katalizni izoh qiladigan yagona nazariya bo’lmasa ham katalizatorning sirti ko’p jinsli degan fikr umum tomonidan e‘tirof etilgan.
M.I. Temkin va uning hamkasblari katalizator sirtining ko’p jinsli degan ta‘rifdan foydalanib, turli reaktsiyalarning kinetikasini o’rganishda muvaffaqiyat qozondilar.
Katalizning elektron nazariyasi S.Z. Roginskiy va F.F. Volkenshteyn tomonidan ishlab chiqilgan. Ko’pgina yarim o’tkazgichlar (B, C, Si, Se, Te, CoO, ZnO, V₂O₅, Zn va hokazo) katalizatorlardir. Bu nazariya, asosan, shu xil katalizatorlarga mansub.
Bu nazariyani quyidagicha tushuntirish mumkin. Masalan, idish devori ZnO bilan qoplangan bo’lsin. Shuningdek ZnO kristall Zn²⁺ va O^2- ionlardan tashkil topgan, Zn va O lar bir yuza bo’ylab joylashgan deb faraz qilinsa:
Zn²⁺ O^2- Zn²⁺ O^2-
O^2- Zn²⁺ O^2- Zn²⁺
Issiqlik harakati ta‘sirida yoki kvant energiya yutish natijasida O^2- dan bitta elektron Zn²⁺ ga endotermik ravishda (energiya yutish bilan) o’tishi mumkin:
O^2- + Zn²⁺  O^- + Zn⁺
Natijada ikkita ion – radikal O^- va Zn⁺ hosil bo’ladi, ya‘ni yuzada erkin valentlik hosil bo’ladi. Erkin radikallar esa katalizator faolligini oshiradi. imyoviy reaksiyalarning tezligini o‘zgartiradigan moddalar
katalizatorlar deyiladi.
Ba’zi katalizatorlar reaksiyani juda tezlashtirib yuboradi —
musbat kataliz yoki to'g'ridan-to'g'ri kataliz, boshqalari
sekinlashtiradi — manfiy katalizlar deyiladi. Musbat ka-
talizga sulfat kislotaning oksidlanib nitrat kislotaga aylanishi va b.
misol bo'la oladi. Manfiy katalizga natriy sulfat eritmasi bilan havo
kislorodining o'zaro ta’sirlanish reaksiyasining etil spirt ishtirokida
sekinlashishi yoki vodorod peroksid parchalanish tezligining oz
miqdordagi sulfat kislota (0,0001 massa qism) ishtirokida kamayishi
va boshqalar misol bo'ladi. Manfiy kataliz ko'pincha ingibitorlash,
reaksiya tezligini kamaytiruvchi manfiy katalizatorlar esa —
ingibitorlar deyiladi (ularning ta’sir etish mexanizmi kataliza-
torlarning ta’siridan farq qiladi).