Гетерогенді катализдегі каталитикалық реакциялар

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Мұсайын Мәди ХЕ-31 топ
1.Гетерогенді катализ
2.Гетерогенді катализдегі каталитикалық реакциялар
3.Реакция жылдамдығы және константасы
4.Беттік керілу, оның қасиеттері.
1. Гетерогенді катализ
Әдетте барлық гетерогенді каталитикалық реакциялар олар өте карапайым болса да, бірнеше сатыдан тұратын реакциялар арқылы жүреді: әрекеттесуші молекулалардың өзара жақындасуы; молекулалардың катализатордағы активтілік орталығына бағытта-луы; әрекеттесетін молекуланың адсорбциялануы; молекулалар-дың химиялық езгеруі; реакция өнімінің десорбциялануы; өнімнің катализатор бетінен алыстауы.
Жалпы катализдегідей бұл процесте катализатордың активтілігі концентрацияға, температураға, қысымға, әрекеттесетін реагенттер мен катализатордың химиялық құрамына, тағы да басқаларға байланысты болады.(олар таңдамалы қасиетпен әсер етеді).
Көптеген химиялық реакциялардың жылдамдығын реакцияға бөгде бір заттарды қатыстыру арқылы өзгертуге болады. Бөгде заттардың аз ғана мөлшері әсерінен реакция жылдамдығы кенеттен өседі, не азаяды ал бөгде зат реакция аяңында таза күйінде бөлініп шығады. Бұл құбылысты катализ, ал реакция жылдамдығын өзгертетін бөгде затты катализатор деп атайды.
Катализ құбылысы ерте заманна белгілі, бірақ оны ғылыми түрде зертеу өткен ғасырды ң басында басталған. Катализ дейтін терминді ғылымға 1836 жылы Берцелиус енгізген. Катализдік реакциялар табиғаты кең таралған, олардың химиялық технологияда және өмірле маңызы зор. Химиялық өнеркәсіптің өте маңызды процестерді-күкірт қышқылын алу, аммиакты синтездеу, азот қышқылын алу, т.б. көптеген реакциялар катализатор қатысында жүреді. Тіпті кейбір катализаторсыз өтеді дейтін реакциялардың өзінде ыдыс қабырғасы, реакция жүретін орта (су) немесе реакция өнімі катализдік қасиет көрсететін реакция жылдамдығын өзгертеді.
Гетерогенді катализ деп әрекеттесетін реагент пен ондағы катализатор әр түрлі фазада болатын реакцияларды айтады. Гетерогенді катализде катализатор қатты зат, ал реагенттер не сұйық, не газды күйінде болады. Мұндай реакциялар екі фаза аралығында, яғни фазалық бетте, катализатордың бетінде жүреді. Гетерогенді катализде катализатор болатын заттың қасиеті, табиғи ерекшелігі мен құрылысы, химиялық құрамы мен беттік сипатының маңызы зор. Мысалы, платина пластинасын сутек пероксидіне батырса, онда ешбір өзгеріс байқалмайды. Ал осы пластина бетін қырып, сосын сутек пероксидіне батырса, реакцияның едәуір жылдам жүретіні соншама, оттектің бөлінгені көпіршік түрінде көрінеді. Платинаны ұсақтап қолданса, реакция жылдамдығы күрт жоғарылайды. Енді сутек пероксидіне платинаны коллоидты өлшемдегідей етіп ұнтақтап салса, реакция қопарылыспен аяқталады.
2. Гетерогенді катализдегі каталитикалық реакциялар
Әдетте барлық гетерогенді каталиттік реакциялар олар өте карапайым болса да, бірнеше сатыдан тұратын реакциялар арқылы жүреді: әрекеттесуші молекулалардың өзара жақындасуы; молекулалардың катализатордағы активтілік орталығына бағытта-луы; әрекеттесетін молекуланың адсорбциялануы; молекулалар-дың химиялық езгеруі; реакция өнімінің десорбциялануы; өнімнің катализатор бетінен алыстауы.
Жалпы катализдегідей бұл процесте катализатордың активтілігі концентрацияға, температураға, қысымға, әрекеттесетін реагенттер мен катализатордың химиялық құрамына, тағы да басқаларға байланысты болады.(олар таңдамалы қасиетпен әсер етеді).
Гетерогенді катализдің механизмі мен себептерін түсінуде көптеген тәжірибе кезінде жинақталған мәліметтерге негізделген екі жайдың маңызы зор: катализатор бетіне (үстіне) әрекеттесетін реагенттің адсорбциялануы; каталиттік реакцияларға катализатордың беті түгелдей қатынаспай, тек активті орталық деп аталатын жекеленген шағын бөлшектерден тұратын, аса көп емес бөлігінің ғана әрекеттесуі. Демек адсорбция гетерогенді катализдегі бірден-бір маңызды, негізгі сатылардың бірі екен. Осындай адсорбция кезінде катализатордың беткі қабатында орналасқан молекулалардың структуралық құрамы өзгеріп, олардың реакцияға түсу қабілеті артады. Мұндай катализатор бетіне адсорбцияланған молекулалардың химиялық байланыстары әлсіреп, өздерінің құрылымын өзгертуі хемосорбция кезінде байқалады. Олай болса, осындай жағдайдағы гетерогенді катализдің механизмін хемосорбция анықтайды екен. Катализатордың беткі қабатына хемосорб-цияланған реагенттің мономолекуладан тұратын қабаты ерекше сипатталатын аралық қабат ретінде қарастырылады және ол ете тұрақсыз болғандықтан да реакцияға түсуге қабілеті жоғары болады.
3. Реакция жылдамдығы және константасы
Химиялық реакциялардың жылдамдығы дегеніміз - уақыт бірлігіндегі әрекеттесуші заттардың концентрациясының өзгеруі. Концентрацияны көлем бірлігіндегі моль санымен уақытты секундпен белгілеген.
∆t =t1-t2.
Уақыт аралығында әрекеттесуші заттар концентрациясы ∆С=С1 - С2 өзгерсе,онда реакцияның орташа жылдамдығы
Vорт = - ∆C ∆t;(1)
Математикалық түрде нағыз реакция жылдамдығын V = + dcd (2) деп белгілейді.Реакцияға қатысатын заттар үшін dcd 0, өнімдер үшін dcdt 0 әрекеттесуші массалар заңы бойынша реакция жылдамдығы берілген уақыт мезетіндегі әрекеттесуші заттар концентрациясына тура пропорционал.Сондықтан А--В типті реакциялар үшін
V = - dcАdt =kСА (3)
k-химиялық реакция жылдамдығы константасы деп аталатын пропорционалдық коэффициент.
mА + nk--рс
V = - dcА dcВdt = kСА[m ]СВ[n]
СА,СВ - А және В заттардың берілген уақыт мезетіндегі концентрациясы. K-ны және реакцияның меншікті жылдамдығы деп те атайды, ол С,Т, катализаторға, ортаға байланысты болады.
Температура жоғарылаған сайын химиялық реакциялар жылдамдығы артады. Температура өскен сайын жылдамдық константасының мәні демек, реакцияның да жылдамдығы артады. Егер де kt - арқылы берілген реакцияның температурадағы жылдамдық константасын, ал kТ+10к - арқылы сол реакцияның (Т + 10К) температурадағы жылдамдық константасын белгілесек, екінші мәнінің бірінші мәнеге қатынасы реакция жылдамдығының температуралық коэффициентін береді.
γ = kТ+10к kt ;(1)
Вант-Гофф жақындатылған (импирикалық) ережесі брйынша температуралық коэффициент γ-мәні 2-4 шегінде болады, яғни температураны 10К - ге жоғарылатқанда реакция жылдамдығы 2-4 есе артады. Мысалы: температуралық коэффициент 2-ге тең болғанда температураны 100К - ге өсіру реакция жылдамдығын 1024 есе арттырады.
kТ+10к kt =2[10]=1024
... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.