Ngt talabasi Abduraximov Narimon Mavzu: Kataliz va katalizatorlar haqida tushuncha

204-20 NGT talabasi Abduraximov Narimon
Mavzu: Kataliz va katalizatorlar haqida tushuncha
Kataliz (yun. katalysis — buzilish, parchalanish) — kimyoviy reaksiyalar tezligining baʼzi moddalar (katalizatorlar) taʼsirida oʻzgarishi. Katalizator reaksiyaga kirishuvchi modda (reagent)lar bilan bir qancha oraliq birikmalar hosil qilib, reaksiya nihoyasida miqdori va tarkibi oʻzgarmasdan ajralib chiqadi.
Kimyoviy reaksiyalarning tezligini o‘zgartiradigan moddalar katalizatorlar deyiladi.

Bazi katalizatorlar reaksiyani juda tezlashtirib yuboradi —musbat kataliz yoki to'g'ridan-to'g'ri kataliz, boshqalari sekinlashtiradi — manfiy katalizlar deyiladi. Musbat katalizga sulfat kislotaning oksidlanib nitrat kislotaga aylanishi va boshqalar 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 katalizatorlarning ta’siridan farq qiladi).

Katalizatorlar ishtirokida sodir bo‘ladigan kimyoviy reaksiyalar katalitik reaksiyalar deyiladi. Ko'pchilik kimyoviy reaksiyalarga katalitik ta’sir ko'rsatish mumkin. Katalizatorlarning soni juda ko'p, ularning katalitik aktivligi esa turli-tumandir. Bu aktivlik reaksiya tezligining katalizator tufayli o'zgarishi bilan aniqlanadi.

Katalizatorning o‘zi reaksiyalarda sarflanmaydi va oxirgi mahsulotlar tarkibiga kirmaydi.

Katalizning ikki turi — gomogen (bir jinsli) va geterogen (bir jinsli emas) kataliz bor.

Gomogen katalizda reaksiyaga kirishuvchi moddalar va katalizator bir fazali sistemadan — gaz yoki suyuq sistemani hosil qiladi, katalizator bilan reaksiyaga kirishuvchi moddalar orasida chegara sirti bo'lmaydi. Masalan, vodorod peroksidning tuzlar eritmalari ishtirokida (suyuq faza) katalitik parchalanishi.Gomogen katalizda kimyoviy reaksiyaning tezligi katalizatorning konsentratsiyasiga proporsional bo'lishi aniqlangan.

Geterogen katalizda reaksiyaga kirishuvchi moddalar bilan katalizator turli fazalardan iborat sistemani hosil qiladi. Bunda reaksiyaga kirishuvchi moddalar bilan katalizator orasida chegara sirti bo'ladi. Odatda katalizator — qattiq modda, reaksiyaga kirishuvchi moddalar — gazlar yoki suyuqliklar bo'ladi. Misol tariqasida ammiakning (gazsimon faza) platina ishtirokida (qattiq faza) oksidlanishini yoki vodorod peroksidning (suyuq faza)ko'mir yoki marganes (IV) oksid (qattiq faza) ishtirokida parchalanishini keltirish mumkin. Geterogen katalizda barcha reaksiyalar katalizator sirtida sodir bo'ladi. Shu sababli qattiq katalizatorning aktivligi uning sirtining xossalariga (o'lchamlari, kimyoviy tarkibi, tuziiishi va holatiga) ham bog'liq bo'ladi. Katalizatorlar ta’sirining mexanizmi odatda reaksiyaga kirishuvchi moddalardan birining oraliq birikmalar hosil qilishi bilan tushuntiriladi. Masalan, agar sekin boradigan reaksiya
A+B=AB
katalizator К ishtirokida olib borilsa, u holda katalizator boshlang'ich moddalarning biri bilan reaksiyaga kirishadi va beqaror oraliqbirikma hosil qiladi: A+K=AK
Reaksiya tez ketadi, chunki bu jarayonning aktivlanish ener¬giyasi kam. So'ngra oraliq birikma AK boshlang'ich moddaningikkinchisi bilan o'zaro ta’sirlashadi, bunda katalizator ajralib chiqadi: AK+B=AB+K
Katalizatorning sirti bir jinsli emas. Unda aktiv markazlar bor bo‘lib, katalitik reaksiyalar asosan ana shu markazlarda sodir bo‘ladi. Reaksiyaga kirishadigan moddalar markazlarda sodir boiadi. Reaksiyaga kirishadigan moddalar shu markazlarga adsorbilanadi,natijada ularning katalizator sirtidagi konsentratsiyasi ko‘payadi. Bu hol ko‘pincha reaksiyaning tezlashuviga olib keladi. Lekin reaksiya tezligi ortishining asosiy sababi adsorbilangan molekulalar kimyoviy aktivligining keskin kuchayishidir. Katalizator ta’sirida adsorbilangan molekulalarda atomlar orasidagi bogianishlar susayadi va ular reaksiyaga kirishuvchi bolib qoladi. Bu holda ham reaksiya aktivlantirish energiyasining kamayishi (shu jumladan katalizatorsirtida oraliq birikmalar hosil bolishi hisobiga) tufayli tezlashadi.

Ba’zi moddalar qattiq katalizatorning aktivligini kamaytiradi yoki butunlay yo‘qotadi. Bunday moddalar katalitik, zaharlar deyiladi. Misol tariqasida mishyak, simob, qo‘rg‘oshin birikmalarini, sianli birikmalarni keltirish mumkin, ular, ayniqsa,platina katalizatorlarga tez ta’sir etadi. Ishlab chiqarish sharoitida reaksiyaga kirishadigan moddalar katalitik zaharlardan tozalanadi,zaharlangan katalizator esa regeneratsiya qilinadi (zahardan ajratiladi). Shuni alohida ta’kidlab olish kerakki, katalizator tanlab ta’sir etadi, shu sababli turli katalizatorlarni ishlatib, bitta moddaning o‘zidan turli xil mahsulotlar olish mumkin. Masalan, katali¬zator — aluminiy oksid A1203 ishtirokida 300°C da etil spirtdansuv bilan etilen olinadi: C2H5OH-> H20+C2H4

Biologik katalizatorlar — fermentlar alohida ahamiyatga ega.O‘simlikva hayvon organizmlaridagi murakkab kimyoviy jarayonlar ana shu katalizatorlar ishtirokida sodir boiadi.Reaksiya tezligini katalizatorlar yordamida oshirish mumkin.Temperaturani oshirgandan ko'ra katalizator ishlatgan afzalroq,bundan tashqari temperaturani hamma vaqt ham oshirish imkoni bo'lavermaydi.Kataliz katalizator, deb ataluvchi modda vositasida kimyoviy reaksiya tezligining oʻzgarishidir. Reaksiyada ishtirok etayotgan reagentlardan farqli oʻlaroq, katalizator reaksiyaga kirishmaydi. Reaksiyani tezlatuvchi katalizatorlar musbat katalizator, sekinlatuvchilari esa ingibitor deyiladi. Katalizator faolligini oshiruvchi moddalar promouter, kamaytiruvchi moddalar esa katalitik zahar, deb ataladi.Katalizator sifatida turli xil moddalar (gaz, suyuqliklar va qattiq moddalar) ishlatilishi mumkin. Reagentlar va katalizatorlarning fazaviy holatiga qarab katalitik jarayonlar, asosan, gomogen va geterogen K.ga boʻlinadi. Bundan tashqari, mikrogeterogen, fermentativ katalitik jarayonlar ham mavjud. Gomogen K.da reagentlar bilan katalizator bir jinsli aralashma hosil qiladi. Reaksiya gaz yoki suyuq fazada boradi. Katalizator sifatida atomlar, ionlar, molekulalar ishtirok etishi mumkin. Bunday katalitik jarayon mexanizmini sharxlash uchun oraliq moddalar nazariyasi ishlab chiqilgan. Bu nazariyaga asosan, reagentlar katalizator bilan beqaror oraliq moddalar hosil qiladi. Soʻngra bu moddalar parchalanib katalizator qayta tiklanadi (regeneratsiya). Suyuq fazadagi kislotaasosli K. mexanizmi reagentlar bilan katalizator oʻrtasidagi proton almashinishiga asoslangan. Mas:R-CH=CH2+HA -" R-CH2-CH2++A~R-CH2-CHj+H+OH^R-CH2CH2OH+H+N+ + A ->
NAGomogen katalitik jarayonning tezligi juda koʻp omillarga, xususan, reagentlar va katalizatorlar konsentratsiyasi, t-ra, bosim va aralashtirish darajasiga bogʻliq. Bu jarayonning asosiy kamchiligi mahsulot tarkibidan katalizatorni ajratib olish (tozalash) zarur boʻladi. Geterogen K.dakatalizator sifatida qattiq moddalar ishlatiladi. Ularning sharsimon, granulasimon, spiralsimon va b. turlari maʼlum. Shuningdek, bu katalizatorlar tarkibiga koʻra, bir, ikki yoki koʻp komponentli, holatiga qarab oksidsimon, metallsimon boʻladi. Geterogen K. baʼzan kontakt K. deb ham ataladi. Bu jarayon nihoyasida mahsulotdan (suyuq yoki fazadagi) katalizator oson ajratib olinadi. Shu sababli geterogen K. sanoatda keng qoʻllaniladi. Mikrogeterogen K.da reaksiya suyuq fazada boradi, katalizator sifatida kolloid zarrachalar ishtirok etadi. Fermentativ K. oʻsimlik yoki hayvon toʻqimalarida sodir boʻladi, bu reaksiyada katalizator sifatida kolloid holdagi oqsil zarrachalari — fermentlar xizmat qiladi. Baʼzi moddalar kimyoviy reaksiya tezligini susaytiradi yoki toʻxtatadi. Bunday moddalar antikatalizator yoki ingibitorlar deb ataladi. Bu holatni manfiy K. deyiladi. Sanoatda, asosan, musbat K. katta ahamiyatga ega. Katalizator qoʻllanganga bir vaqtda borishi mumkin boʻlgan parallel reaksiyalardan faqat birining tezligi ortadi.
jarayonida hosil boʻladigan oraliq kompleks birikmalar bilan dastlabki moddalar energiyasi orasidagi farq aktivlanish energiyasi deyiladi. Kimyoviy reaksiyalar tezligi, asosan, shu energiyaning miqdoriga bogʻliq boʻlib, unga teskari proporsionaldir. Katalitik jarayonning aktivlanish energiyasi qancha kam boʻlsa, reaksiya tezligi shuncha yuqori boʻladi. K. jarayonida qoʻllaniladigan katalizatorning roli kimyoviy reaksiyalar aktivlanish energiyasini kamaytirishdan iborat boʻlib, buning natijasida reaksiya yoʻlini oʻzgartiradi yoki uni zanjirsimon mexanizmga oʻtkazadi. K. borish mexanizmiga qarab, asosan, ikkiga boʻlinadi: kislota-asos katalizi va oksidlanish-qaytarilish katalizi. Kislota-asos K.da kislota-asoslar katalizator boʻladi. Bu reaksiyalarda proton almashinishi roʻy beradi, yaʼni proton katalizatordan reagentga yoki, aksincha, reagentdan katalizatorga oʻtadi. K. jarayoni keyingi bosqichda polimerlanish, izomerlanish: kreking jarayonlari alyuminiy silikat taʼsirida shu kislotaasos katalizi mexanizmi bilan boradi. Oksidlanish-qaytarilish katalizida metall, metall oksidlari, tuzlar katalizator boʻlib xizmat qiladi. Bunday K.da elektron almashadi, elektron katalizatorlardan reagentga yoki, aksincha, reagentdan katalizatorga oʻtadi. Shunday qilib, ok-sidlanish — qaytarilish jarayoni sodir boʻladi. Maʼlum katalizator yoki katalizatorlar guruhi kimyoviy reaksiyaning maʼlum yoʻnalishinigina oʻzgartiradi, tezlatadi, xolos. Shunga koʻra, muayyan reaksiya uchun katalizator tanlash amaliy ahamiyatga ega boʻlgan asosiy va muhim vazifadir. Hoz. vaqtda K.ning umumlashgan yagona nazariyasi mavjud boʻlmasada, uning baʼzi tomonlarini eʼtiborga olgan ayrim nazariyalar bor. Rus kimyogarlari N. I. Kobozevning faol ansambl, A. A. Balandinning multiplet K.i.ning elektron va zanjir nazariyalari shular jumlasidandir.
Katalizatorlarning turlari
Katalizator nima? Fermentlar, kislota-asos katalizatorlari va geterogen (sirt) kataliz.
Asosiy tushunchalar
Katalizator – reaksiyaga qoʻshilganda reaksiya tezligini oshirib, oʻzi sarflanmay qoladigan modda.
Katalizatorlar reaksiyaning faollanish energiyasini kamaytirish yoki reaksiya mexanizmini oʻzgartirish orqali reaksiya tezligini oshiradi.
Fermentlar bu biokimyoviy reaksiyalarda katalizator vazifasini bajaruvchi oqsillardir.
Katalizatorlarning keng tarqalgan turlariga fermentlar, kislota-asosli katalizatorlar va geterogen (yoki sirt) katalizatorlar kiradi.
Kirish: kinetik nazariy tajribalar
Sizning miyangiz glyukoza oksidlanishidan energiya oladi. Glukozaning oksidlanishini quyidagi kimyoviy reaksiya asosida sodir boʻladi.
(q)+6O
2
​
(g)→6CO
2
​
(g)+6H
2
​
O(s)+issiqlikΔG
∘
(25
∘
C)=−2885
mol
kJ
katalizatorlarining zaharlanishi
Organik funktsional guruhlar va noorganik anionlar ko'pincha metall yuzalarga kuchli adsorbsion xususiyatga ega. Umumiy katalizator zaharlariga uglerod oksidi, galogenidlar, siyanidlar, sulfidlar, sulfitlar, fosfatlar, fosfitlar va nitril, nitro birikmalar, oksimlar va azot o'z ichiga olgan heterosikllar kabi organik molekulalar kiradi. Agentlar o'zlarining katalitik xususiyatlarini o'tuvchi metalning tabiati tufayli farq qiladi. Lindlar katalizatorlari kamaytirish yordamida tayyorlanadi paladyum xlorid kaltsiy karbonat atala (CaCO) tarkibida3) bilan zaharlanish qo'rg'oshin asetat.Tegishli holatda, Rozenmundning kamayishi ning asil galogenidlar ga aldegidlar, paladyum katalizator (tugadi bariy sulfat yoki kaltsiy karbonat ) qo'shilishi bilan ataylab zaharlanadi oltingugurt yoki kinolin katalizator faolligini pasaytirish va shu bilan aldegid mahsulotining birlamchi spirtga kamayishini oldini olish uchun.
Zaharlanish jarayoni
Zaharlanish ko'pincha birikmalarni o'z ichiga oladi kimyoviy bog'lanish katalizatorning faol saytlariga. Zaharlanish faol joylar sonini kamaytiradi va reaktiv molekulaning reaksiya o'tkazilishidan oldin teshik tuzilishi orqali tarqalishi kerak bo'lgan o'rtacha masofa ortadi. Natijada, zaharlangan joylar endi katalizator kataliz qilishi kerak bo'lgan reaktsiyani tezlashtira olmaydi.Kabi moddalarni keng miqyosda ishlab chiqarish ammiak ichida Xabar-Bosch jarayoni mahsulot oqimidan potentsial zaharlarni olib tashlash bo'yicha choralarni o'z ichiga oladi. Diffuziya tezligiga nisbatan zaharlanish reaktsiyasi tezligi sust bo'lsa, zahar katalizator bo'ylab teng taqsimlanadi va natijada bir hil katalizatorning zaharlanishi. Aksincha, agar reaktsiya tezligi diffuziya tezligiga nisbatan tez bo'lsa, katalizatorning tashqi qatlamlarida zaharlangan qobiq paydo bo'ladi, bu holat "teshik-og'iz" zaharlanishi deb nomlanadi va katalitik reaktsiya tezligi chegaralanishi mumkin. harakatsiz qobiq orqali tarqalish tezligi.