Маъруза: Технологияда катализнинг аҳамияти

№9 Маъруза:Технологияда катализнинг аҳамияти
Режа:
1. Кимёвий технологияда катализ
2. Каталитик жараёнлами туркумлаш
3. Катализаторларнинг танлов хусусияти
Таянчиборалар:Ижобий ва салбий катализ, активлиги. Катализ механизми. Саноат катализаторлари
ХVIII аср охирлари ва ХIХ аср бошларида кимё фанида катализ ҳодисасини системали ўрганила бошланди. Катализ сўзи грекча “каталйсис” сўзидан олинган бўлиб, “бузиш” маъносини англатади. Катализатор сўзини 1835 йилда Берсалиус фанга киритди.
Катализатор таъсирида кимёвий реаксия тезлигининг ўзгариши ҳодисасига катализ дейилади. Катализаторларни саноатда қўллаш кун сайин ортиб бормоқда. Сўнгги йилларда ўзлаштирилган янги ишлаб чиқаришларнинг 90 % дан кўпроғида катализаторлар қўлланилади. Каталитик реаксиялар кимё ва термодинамиканинг умумий қонуниятларига бўйсунади, аммо катализаторларнинг таъсири кимёвий жараёнларни амалга ошишини анча осонлаштиради. Катализаторлар реаксия тезлигини минглаб, ҳатто миллионлаб марта оширади реаксияларни нисбатан паст ҳароратда боришини таъминлайди. Демак: иқтисодий жиҳатдан ҳам фойдали. Кўпгина ишлаб чиқариш жараёнларини катализатор туфайлигина амалга ошириш мумкин бўлди.
Катализ муҳим анорганик маҳсулотлар: водород, аммиак, сулфат ва нитрат кислоталарини ишлаб чиқаришда қўлланилади. Катализ айниқса органик моддалар ишлаб чиқариш технологиясида кенг қўлланилади. Масалан, катализаторлар қўллаш билан полимерлар, синтезлаш учун ярим маҳсулотлар олинади. Полимерланиш ва поликонденсатланиш реаксиялари ҳам катализатор иштирокида боради. Нефтни қайта ишлаш усулларининг кўпчилиги катализатор қўллашга асосланган. Масалан, каталиги крекинг, риформинг, изомеризатсия, ароматизатсия, углеводородларни алкиллаш ва бошқалар. Тирик табиатда амалга ошадиган катализ принсипларидан фойдаланиш бир қатор ишлаб чиқариш тармоқларини ратсонал қайта қуриш ва озиқ-овқат ресурсларини кенгайтириш имконини берган бўлар эди.
Реаксия тезлигини ўзгартирадиган, лекин ўзи реаксия натижасида кимёвий жиҳатдан ўзгармайдиган моддалар катализатор дейилади. Кўпчилик кимёвий реаксиялар оралиқ актив комплекс ҳосил қилиш орқали боради. Реаксиянинг кинетик хоссалари: тезлиги, йўналиши ва унга ҳар хил ташқи шароитнинг таъсири, актив комплекснинг таркиби, тузилиши, хоссаларига боғлиқ бўлади. Катализаторлар реагентлар билан кўп марталаб кимёвий таъсирлашиб катализаторлар массасидан минглаб, миллионлаб марта катта массали маҳсулот ҳосил қилади. Улар реаксиянинг оралиқ босқичларида иштирок этиб, элементар босқичлар сонини ва характерини ўзгартириши мумкин. Масалан, А + В = Д + …… биомолекуляр реаксия учун реаксион системанинг энергетик картинасини кўриб ўтайлик. Катализаторсиз реаксия АВ* актив комплекс ҳосил қилиш билан боради.
Катализаторлар иштирокида эса реаксия бошқа йўл билан, бир неча элементар босқич орқали боради:

А + (а)

А (б)
АВ* (в)
Реаксияга киришувчи системанинг катализаторсиз ва катализатор иштирокида энергиясининг ўзгариши кўрсатилган. Бунда: э – нокаталитик реаксиянинг активланиш энергияси: эк – каталитик реаксиянинг активланиш энергияси л1 ва л2 оралиқ босқичларининг (а) ва (б) активланиш энергияси, эк< э бу фарқ ∆ э га тенг бўлиб, каталитик реаксиянинг нокаталитик реаксияга нисбатан тезлик даражасини аниқлайди.
Катализаторнинг реаксияни тезлаштиришига сабаб, унинг реаксияги инитсиатор каби таъсир этиб, занжирли механизм бўйича боришининг таъминланиши ёки реаксиянинг бориш йўлини ўзгартириши орқали кимёвий реаксиянинг активланиш энергиясини камайтиришидадир. Аммо баъзи бир тип каталитик реаксияларда э нинг камайиши билан бир қаторда Аррениус тенгламасидаги предекспоненсиал кўпайтманинг камайиши ҳам содир бўлади. . Натижада каталитик реаксиянинг тезлик константасининг ортиши бир мунча секинлашади. Катализатор вақт ўтиши билан ўз актIVлигини камайтириб боради ва бутунлай йўқотиши, яроқсиз ҳолга келиши мумкин.
Катализаторнинг активлиги –А айни реаксиянинг тезлаштириш таъсир ўлчами ҳисобланади. Активлик шароитга боғлиқ ҳолда, активланиш энергияси ёки нокаталитик ва каталитик реаксиялар тезликлари орасидаги фарқ ёки берилган технологик режим параметрларига асосан асосий реаксиядан олинган маҳсулот унуми билан ифодаланади. Катализаторнинг активлиги –А кўпинча каталитик реаксиянинг тезлик константасини нокаталитик реаксия константасига бўлган нисбати билан характерланади. Бунда ҳар иккала ҳолда ҳам реаксияларнинг технологик режим параметрлари: реагентлар консентратсияси, ҳарорат, босим ва бошқалари бир хил бўлади.


Назорат саволлари:
1. Кимёвий технологияда катализ аҳамияти
2. Каталитик жараёнлами туркумлаш ҳақида маълумот беринг
3. Катализаторларнинг танлов хусусияти ҳақида маълумот беринг