Кимёвий технологик жараён

Катализ тугрисида умумий тушунчалар

Катализаторлар - булар шундай моддаларки, реакцияда катнашаётган реагентлар билан куплаб оралик реакцияларга киришиб, реакцияни механизмини узгартириб уни тезлигини оширади.

Оралик реакцияларида иштирок этиб булгандан кейин (хар циклдан) улар узларининг кимёвий таркибларини кайта тиклайди.

Катализаторни кимёвий реакцияни механизмига булган таъсирини куйидаги мисолда куриш мумкин.

Активлаштириш энергияси Е₀ булган бир стадияли реакция кетаётган булсин А+В=R.

Реакциянинг бориши диаграммада келтирилган:

1-кийшик чизик реакция катализатор иштирокисиз боради.

2-чизик шуни курсатадики, катализатор иштирокида реакция бир нечта кетма-кет боскичда боради. Масалан, биринчи боскичда активланган оралик комплекси (АК_Т) хосил булиши мумкин.

А + К_Т = АК_Т

Кейин активланган комплекс иккинчи реагент билан катализатор комплекс хосил килади.

АК_Т + В = RК_Т

Охирги боскичда комплекс RK_T парчаланиб, махсулот R хосил булиб, катализатор янги циклда иштирок этишга тайёр булади.

RK_T = R + K_T

Хар боскич реакция узининг активлик энергиясига эга булади (Е₁, Е₂, Е₃, 2-чизик). Бу потенциал тусикларни баландлиги катализаторсиз бораётган реакцияни активлик энергиясидан Е₀ пастдир.

Шундай килиб, катализатор иштирокида реакция энергетик кулай йуналишда боради ва реакцияни катта тезликда олиб боришга ёрдам беради.

Бошлангич (1) ва (2) энергетик холат (реакцияон системани) катализатор иштирокида ва катализаторсиз бир хил булиб колади. Демак, катализ кимёвий мувозанатни узгартира олмайди, чунки у реакция йуналишига боглик эмас.

Катализаторни вазифаси реакция мувозанатини тезлигини узгартиришдадир. Катализатор термодинамик мумкин булган реакцияларни тезлигини оширади, термодинамик мумкин булмаган реакцияларни тезлигини узгартира олмайди.

Баъзибир кимёвий реакциялар активлаштириш энергияси катта булганлиги учун катализаторсиз умуман бормайди.

Юкори энергия тусигини хароратни кутарса, реакцияни олиб бориш мумкиндек булиб куринади. Лекин купгина кайтар реакциялар учун хароратни юкори кутариш мувозанатни тескари томонга буриб юборади. Бундай холларда катализаторларни куллаш мухим ахамиятга эгадир. Масалан, аммиак синтез килиш реакциясини курсак, бу реакцияни активлаштириш энергияси  280кДж/моль. Шундай энергия тусигини утиш учун реагентларни 1000⁰С дан юкори даражаги кутариш керак. Шунда хам мувозанатли реакцияда хосил буладиган махсулот жуда оз микдорда булади.

Темир асосида килинган катализатор иштироикда аммиакни синтез килиш реакциясини энергия тусиги 160 кДж/моль гача пасаяди ва жараённи юкори тезликда, юкори босимда 400-500⁰С да олиб борилади. Бошлангич модда шу шароитда 20-35% га реакцияга киришади.

Каталиктик процесслар икки катта гурухга булинади: гомоген ва гетероген. Саноатда каталитик процесслар кенг кулланилади. Гетероген каталитик жараёнларда фазаларни ажратиш чегараси булиб, катализаторни юзаси хизмат килади. Бундай жараёнларни афзалликлари шундайки, хосил булган модда катализатордан осонгина ажралади.