Mavzu: kimyoviy kinetika asoslari va kimyoviy reaksiyalar mexanizmlari

1.2 Katalizatorlarning tasiri

Katalizatorlar ko’pincha tanlab ta'sir etadi, ya'ni bir reaksiya uchun katalizator vazifasini utaydigan modda, boshqa reaksiya uchun katalizator bula olmasligi mumkin. Yana shuni aytib utish kerakki, ishlatilayotgan katalizator turiga qarab reaksiya maxsulotlari xar xil bo'lishi mumkin. Masalan, etil spirtidan AL₂O₃ va Cu katalizatorlar ishtirokida etilen va asetaldegid olish mumkin:

1) С₂N₅ON = C₂N₄ + H₂O; 2) C₂N₅ON = CH₃CHO + H₂
1.2 reaksiyalardan kurinadiki, AL₂O₃ katalizatorlari ishtirokida etilen va suv, Cu katalizatori ishtirokida esa asetaldegid xamda erkin xolda H₂ ajralib chiqadi.
Geterogen katalizda reaksiyaga kirishuvchi moddalar bir fazada, katalizator esa boshqa fazada bo'ladi. Masalan, kontakt usuli bilan sulfat kislota olishda sulfat angidrid platina katalizatori ) yoki vanadiy (V) oksidi) ishtirokida qattiq faza yuzasida O₂ bilan birikib sulfat angidridga aylanadi:
SO₂ +¹/₂ O₂ = SO₃
Geterogen nazariyasiga kura katalizator yuzasida reaksiyaga kirishuvchi moddalarning konsentrasiyasi ortib, molekulalarning o'zaro to’qnashuv sonini oshiradi.
Suyuq va qattiq modda yuzasiga boshqa moddalarning yutilishi adsorbsiya deyiladi. Adsorbsiya xodisasi sirt yuzada bo'lganligi uchun sirt yuzasi katta bo'lgan qattiq modda yaxshi adsorbent xisoblanadi. Adsorbsiya modda yuzasini xamma joyida emas, balki ayrim nuktalarida boradi. Adsorbsiya boradigan bunday nuktalar aktiv markazlar deyiladi. Aktiv markazlar umumiy yuzaning juda kichik qismini tashkil etadi.
Katalizator sirtiga shimilib, uning aktivligini pasaytiruvchi moddalar katalitik zaxarlar deyiladi. Kattik katalizatorlar oson zaxarlanadi. Masalan, sanoatda juda kup ishlatiladigan platinali katalizatorlarga mo'shyak va selen koldiklari kuchli zaxar sifatida ta'sir kursatadi. Shuning uchun kontakt usulida H₂SO₄ olishda SO₂ va O₂ gazlar As va Se koldiklaridan yaxshilab tozalanadi.
Kimyoviy reaksiya tezligini oshiruvchi katalizatorlar (musbat)dan tashqari reaksiya tezligini kamaytiruvchi (manfiy) katalizatorlar xam bor, ular ingibitorlar deyiladi. Ingibitorlar sifatida xinon, gidroxinon va kurgoshin tetraetil va boshqa moddalar ishlatiladi. Ular asosan metallar korroziyasini, ozik-ovkat maxsulotlarining (konserva xilidagi) buzilishini, kauchukning oksidlanishini sekinlashtiradi va boshqa prosesslarda keng kullaniladi. katalizatorlik xususiyati bulmasa xam, ammo uz ishtiroki bilan katalizatorning aktivligini oshiruvchi moddalar promotorlar deyiladi. Masalan, Fe katalizatoriga ishkoriy va alyuminiy metallarining oksidlarini kushish bilan katalizatorning rolini kuchaytirish mumkin.
Ba'zi reaksiyalar avval sekin borsada, keyin tezlashadi. Bunday reaksiyada xosil bo'lgan maxsulotlarning biri katalizator rolini uynaydi, natijada reaksiya tezligi ortadi. Bu xodisa avtokataliz deb ataladi. Masalan, murakkab efirning gidrolizlanish prosessida sirka kislotasining dissosilanishidan xosil bo'lgan vodorod ioni butun prosessga katalitik ta'sir etadi va natijada gidroliz reaksiyasi tezlashadi.
CHCO-O-C₂H₅ + N₂O = C₂H₅OH + CH₃COOH
Suv, Pt, Ni va boshqa katalizatorlar kimyoviy reaksiyalarda juda kup kullaniladi. Kislotalarning katalitik ta'sir etish xodisasi rus olimi Kirxgof tomonidan 1811 yilda kashf kilingan. Xozirgi vaqtda kataliz soxasi keng rivojlanishi kimyo fanining asosiy bulimlaridan birini tashkil etadi. Kataliz xodisasini rivojlantirishda D.I.Mendeleyev, N.D.Zelinskiy, A.A.Balandik va boshqalar katta xissa kushdilar.
Zanjir reaksiyalar: 1). Aktiv markazlar (zanjirlar)ning xosil bo'lishi. 2). Reaksiya davomida zanjirlarning usishi. 3). Zanjirlarning uzilishi kabi prosesslarni uz ichiga oladi. Aktiv markazlarning juftlashmagan elektronga ega bo'lgan elementlarning atomlari, jumladan H',CL',:O:,ON' kabi radikallar xosil qiladi.
Zanjir reaksiyaga HCL ning xosil bo'lish mexanizmi yakkol misol bula oladi. Reaksiya yoruglik ta'sirida nixoyatda tez ketadi:
H₂ + CL₂ = 2HCL
Energiya kvanti hφ ning CL2 ga yutilishi natijasida galayonlangan CL atomi radikal xosil bo'ladi. Fotokimyoviy dissosilanish yordamida CL₂+hφ =2CL (aktiv markaz xosil bo'ladi)ga aylanadi. Xosil bo'lgan CL radikali H₂ molekulasi bilan oson reaksiyaga kirishadi:
CL’ +H₂=HCL + H’ (zanjirning usishi). H uz navbatida CL₂ molekulasi bilan oson reaksiyaga kirishib H’ + CL₂ = HCL + CL’ (zanjirning usishi) ni xosil qiladi. Agar H+CL= HCL sodir bulsa zanjirda uziladi. Bu tarmoklanmagan zanjir reaksiya shu tarzda davom etadi va ularning soni 100000 gacha yetishi mumkin. Reaksiya reaktorning devorlariga erkin atomlar borib urilguncha davom etadi. Akademik N.N.Semyonov bu soxadagi ishlari uchun Nobel mokofotiga sazovor bo'lgan.
Tarmoklangan zanjirli reaksiyalarda bitta aktiv zarracha bir necha aktiv zarachalarni xosil qiladi. Bu nazariya akademik N.N.Semyonov tomonidan yaratilgan. Masalan, O₂ N₂ bilan reaksiyaga kirishganda galayonlangan vodorod molekulasi kislorodga ta'sir etadi va kuyidagi N₂+O₂=ON’ +ON’ reaksiya sodir bo'ladi. Shundan so'ng zanjirning tarmoklanishi boshlanadi:
a) OH’ + H₂ = H₂O + H’
b) H’ + O₂ = OH’ + O’
s) O’ + H₂ = OH’ + H’ va xokazo.
Oxirgi ikki (b,c) reaksiya shuni kursatadiki, binta erkin radikal bir necha radikal xosil qiladi. Uz navbatida bu radikallarning xar biri zanjirning zvenosini davom ettirishi mumkin. Zanjir usishiga sharoit yaratilganda, zanjirning tarmoklanishi shunday tez boradiki, masalan, yopik xajmda H₂ bilan O₂ yoki xavo aralashmalarida reaksiya portlash bilan borib, sekundning mingdan bir ulushida tamom bo'ladi.
Elektromagnit nurlanish spektrining ko’zga ko’rinadigan soxalaridagi nurlanish energiyasi ta'sirida boradigan reaksiyalar fotokimyoviy reaksiyalar deyiladi. Masalan, vodorod va ftor gazlarning aralashmasi yoruglikda portlab ketadi. Fotografiyada keng kullaniladigan kumush bromid yoruglikda parchalanib, kumush metali ajralib chiqadi. Kupgina buyoklarning rangi kuyosh nuri ta'sirida xiralashadi va xokazo.
Rentgen nurlanish - ultrabinafsha nurning kvantiga nisbatan katta energiyaga ega bo'lgan fotonlarga ega. Rentgen nurlari bilan nurlanish atomni galayonlantiribgina qolmay, atomdan elektronning ajralishini yuzaga chikarib, ionlanishiga olib keladi. Gamma nurlar juda qisqa tulkin uzunlikka ega bo'lgan elektromagnit nurlanish xisoblanadi. U atom yadrosining radiaktiv yemirilishidan xosil bo'ladi. Bundan tashqari ikki elementar zarracha -elektron va pozitronlarning birikishi natijasida xam xosil bo'ladi: e^- + e⁺ = 2φ. Bu xodisa anigilyasiya xodisasi deyiladi. Gamma nurlanish katta energiyaga ega bo'lib, moddada yadro uzgarishlarigacha olib keladi.
Barcha kimyoviy reaksiyalarni umuman ikki turga bo'lish mumkin:
1) Bir yo'nalishda boradigan kaytmas reaksiyalar
2) Qaytar reaksiyalar.
Kaytmas reaksiyalarda odatda tenglik ishorasi kuyiladi. masalan:
Zn+H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂
Qaytar reaksiyalarda, tenglik ishorasi urniga bir-biriga karama-karshi strelkalar kuyiladi. Masalan:
H₂ + J₂ 2HJ
Chapdan o’ngga boradigan reaksiyani tugri reaksiya va ungdan chapga boradigan reaksiyani teskari reaksiya deyiladi. massalar ta'sir qonuniga muvofiq HJ moddasi uchun muvozanat xolatida tugri va teskari reaksiyalar tezliklari kuyidagicha yoziladi:
V₁ = K₁[H₂][J₂] tugri reaksiya tezligi
V₂ = K₂[HJ]² teskari reaksiya tezligi
Bu yerda: K₁- tugri reaksiya tezlik konstantasi
K₂- teskari reaksiya tezlik konstantasi
Reaksiyaning boshlanish davridagi tezligi, reaksiya uchun olingan dastlabki moddalar konsentrasiyalari ko'paytmasi bilan aniqlanadi, bunda tugri reaksiyaning tezligi maksimal kiymatga ega bo'ladi. Teskari reaksiya tezligi esa 0 ga teng bo'ladi. Tugri reaksiya tezligi vaqt utishi bilan kamayadi, chunki H₂ va J₂ konsentrasiyalari kamayib boradi va HJ maxsulotning konsentrasiyasi ortib boradi, shuning uchun teskari reaksiya tezligi xam ortadi. Nixoyat, shunday bir payt keladiki, bunda V₁=V₂ bo'ladi va sistemada kimyoviy muvozanat karor topadi. Demak, vaqt birligida xosil bulayotgan va parchalanayotgan HJ molekulalarining soni bir biriga teng bo'ladi:
V₁=V₂ yoki K₁[H₂][J₂]=K₂[HJ]² yoki
K₁ va K₂ uzgarmas kiymatlar bo'lgani uchun ularning nisbatlari xam uzgarmas kiymatdir, ya'ni:

bu yerda, K- kimyoviy muvozanat konstantasi deyiladi. Umumiy xolda kaytar reaksiya aA+bB=cC+dD uchun muvozanat konstantasi kuyidagicha