Катализ- катализаторлар туралы ілім


I. Кіріспе.
II. Негізгі бөлім
А)Катализ. катализаторлар туралы ілім.
Б)Катализатор әсер ететін факторлар.
С)Катализ түрлері.
Д)Ферменттер
Е)Ферменттер катализаторлар ретінде
III. Қорытынды.
Пайдаланған әдебиеттер.
Катализаторлар- (грекше тоқтату, қыздыру, ыдырау реакциясы)жылдамдығын тез өзгертетін , бірақ өздері реакция кезінде химиялық құрамы өзгермейтін затарды айтамыз.
Катализатор қатысында жылдамдықтары өзгеретін реакцияларды каталиттік деп атайды.
Өте ертеден биологиялық катализаторлардың (ферменттердің ) әртүрлі ішімдіктерді дайындауда нан, сыр пісіруде , тері илеуде ролі белгілі ХVIII ғ. Соңы және XIX басында эфирлену (К.Шееле 1782 ж) , дегидратация (Ж. Пристли, 1778 ж) полисахариттердің гидролизі (Г. Кирхгоф 1811 ж) , раекциялары арқылы басқа катализаторлар ашылды . М .Кучеров ацителенді сұйытылған күкірт қышқылының гидратациялау реакциясын сынап тұздары қатысында жасады , М.Зайцев (1877ж ) . Платина катализаторын органикалық реакцияларға қолданды.
Катализатор қызметін кез келген агрегаттық күйде болатын әр түрлі бейорганикалық және органикалық заттар атқарады.
Кейбір жағдайларда реакция өнімі , ыдыстың беті мен қабырғасы , шаң , бу сияқты әр түрлі қоспаларда катализаторлық қызмет атқаруы мүмкін.
Егер катализатор реакцияның жылдамдығын арттырса катализ оң , ал реакция жылдамд ығын төмендетсе , теріс деп аталады.Мысалы , ретінде сутек пероксидін алайық. Оған марганец (IV) оксидін аздап қосса , оның ыдырауы тез жүреді ; ал ацетанилидті қосса мүлдем ыдырамайды.
Кейде реакциялық қоспаға еш бір катализатор қоспаса да , ондағы реакция өнімі катализатор болып реакция жылдамдығын өзгертеді. Мұндай реакцияларды автокаталиттік , ал құбылысты автокатализ деп атайды.
Өзін өзі катализдейтін реакцияларға мысал ретінде сіркеэтилді эфирдің бейтарап ортадағы сабындалу реакциясын алуға болады :

Бұл реакция кезінде пайда болған сірке қышқылының түзілген алғашқы малекулалары ацетат анионы мен сутек катионына ыдырайды.


Сутек ионы сірке этилді эфирге шабуыл жасап , оның сабындалу реакциясын тездетеді. Сутек ионы көбейген сайын негізгі реакция жылдамдығы арта түседі де , реакция нәтижесіндегі қышқыл өзін өзі катализдейді.
Автокаталиттік реакциялар ерекше сипатқа ие олар катализатордың ауыспалы өсу канцентрациясында өтеді. Сондықтан бұл реакциялардың жылдамдықтары бастапқы кезде тез өсіп , тек келесі сатыларда әрекеттесуші заттардың концентрацияларының кенді себебінен жылдамдық азая бастайды . Автокаталиттік реакция өнімінің кенетикалық қисығы суретте берілген .
Автокатализ мысалына KMnO тотығуын да келтіруге болады , оның жылдамдығының артуы реакциялық ортада жүрген Mn катионының әсерінен жүзеге асады .
1. Жайлауов. С. Физикалық химия. Алматы , Рауан, -1992 ж.
2. Сейтембетов Т.С.Химия. Алматы. Білім,1994ж7
3. Жаулау С.Ж, Құлажанов Қ.С. Физикалық коллоидтық химия . Оқу құралы.Алматы,Санат,1999
4. Өтелбаев Б.Т.Химия 2 том, Шымкент, 2000 ж

Пән: Физика
Жұмыс түрі:  Реферат
Тегін:  Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:   
Бұл жұмыстың бағасы: 500 теңге

бот арқылы тегін алу, ауыстыру

Қандай қате таптыңыз?

Рақмет!






Жоспар
I. Кіріспе.
II. Негізгі бөлім
А)Катализ- катализаторлар туралы ілім.
Б)Катализатор әсер ететін факторлар.
С)Катализ түрлері.
Д)Ферменттер
Е)Ферменттер катализаторлар ретінде
III. Қорытынды.
Пайдаланған әдебиеттер.

Катализаторлар- (грекше тоқтату, қыздыру, ыдырау реакциясы)жылдамдығын тез өзгертетін , бірақ өздері реакция кезінде химиялық құрамы өзгермейтін затарды айтамыз.
Катализатор қатысында жылдамдықтары өзгеретін реакцияларды каталиттік деп атайды.
Өте ертеден биологиялық катализаторлардың (ферменттердің ) әртүрлі ішімдіктерді дайындауда нан, сыр пісіруде , тері илеуде ролі белгілі ХVIII ғ. Соңы және XIX басында эфирлену (К.Шееле 1782 ж) , дегидратация (Ж. Пристли, 1778 ж) полисахариттердің гидролизі (Г. Кирхгоф 1811 ж) , раекциялары арқылы басқа катализаторлар ашылды . М .Кучеров ацителенді сұйытылған күкірт қышқылының гидратациялау реакциясын сынап тұздары қатысында жасады , М.Зайцев (1877ж ) . Платина катализаторын органикалық реакцияларға қолданды.
Катализатор қызметін кез келген агрегаттық күйде болатын әр түрлі бейорганикалық және органикалық заттар атқарады.
Кейбір жағдайларда реакция өнімі , ыдыстың беті мен қабырғасы , шаң , бу сияқты әр түрлі қоспаларда катализаторлық қызмет атқаруы мүмкін.
Егер катализатор реакцияның жылдамдығын арттырса катализ оң , ал реакция жылдамдығын төмендетсе , теріс деп аталады.Мысалы , ретінде сутек пероксидін алайық. Оған марганец (IV) оксидін аздап қосса , оның ыдырауы тез жүреді ; ал ацетанилидті қосса мүлдем ыдырамайды.
Кейде реакциялық қоспаға еш бір катализатор қоспаса да , ондағы реакция өнімі катализатор болып реакция жылдамдығын өзгертеді. Мұндай реакцияларды автокаталиттік , ал құбылысты автокатализ деп атайды.
Өзін өзі катализдейтін реакцияларға мысал ретінде сіркеэтилді эфирдің бейтарап ортадағы сабындалу реакциясын алуға болады :

Бұл реакция кезінде пайда болған сірке қышқылының түзілген алғашқы малекулалары ацетат анионы мен сутек катионына ыдырайды.

Сутек ионы сірке этилді эфирге шабуыл жасап , оның сабындалу реакциясын тездетеді. Сутек ионы көбейген сайын негізгі реакция жылдамдығы арта түседі де , реакция нәтижесіндегі қышқыл өзін өзі катализдейді.
Автокаталиттік реакциялар ерекше сипатқа ие олар катализатордың ауыспалы өсу канцентрациясында өтеді. Сондықтан бұл реакциялардың жылдамдықтары бастапқы кезде тез өсіп , тек келесі сатыларда әрекеттесуші заттардың концентрацияларының кенді себебінен жылдамдық азая бастайды . Автокаталиттік реакция өнімінің кенетикалық қисығы суретте берілген .
Автокатализ мысалына KMnO тотығуын да келтіруге болады , оның жылдамдығының артуы реакциялық ортада жүрген Mn катионының әсерінен жүзеге асады .
Сол сияқты кейбір үдерістерде қолданылатын катализатордың құрамына енетін өте аз қоспа оның қабілетін не активтілігін төмендетіп , қайсыбір жағдайларда мүлдем жояды . Мұндай зиянды қоспаларды ингибиторлар немесе каталиттік улар деп атайды. Мысалы , мыс катализаторды көміртек (II) оксидінің өте аз мқлшері уландырса платинаның каталиттік әсерін селен металының қоспа іздері ақ төмендетеді , ал темірден әзірленген катализаторлар үшін күкірт пен оттек және олардың қосылыстары , оксидтері өте зиянды . Ингибиторлар практикада концерванттар , антиоксиданттар және т.б. . жылдамдықтарын реттеу үшін қажет. Кейде екі не одан көп катализатор қоспасының активтілігі осы қоспа құрамына енетін жекеленген катализаторлардың активтілігінен едәуір артық болуы мүмкін. Мысалы аммиакты оттекпен тотықтырып азот (II) оксидін алып,одан азот қышқылын синтездеу працесін платина не висмут (III) оксидімен,не темір (III) оксидімен катализдеп ,реакция жылдамдығын,оған байланысты өнім шығымдылығын артырады. Әрине,платинаны катализатор ретінде қолданғанда , реакция жылдамдығы жоғарлайды , ал оксидтерді пайдаланса , төмендейді . Катализатор құны да платинадан темір (III) оксидіне қарай бірнеше есе арзандайды . Осы үдеріске висмут (III) пен темір (III) оксидінің (Bi) арзан қоспасын катализатор ретінде қолданса , аммиактың тотығу реакциясы жоғарыда келтірілген үш катализатордың да жеке жылдамдығынан артық болады екен .

Таңдамалы әсер биологиялық катализатор ферменттерде ерекше сезіледі. Әр ферменттер белгілі бір мөлшеріне зат молекуласындағы беллгілі бір химиялық байланысқа әсер етеді. Мысалы, сахароза ферменті сахарозадағы глюкоза мен фруктоза арасындапғы глюкозидтік байланысты және трисахарид рафинозадағы осындай байланысты дисахарид (мелибиоза және фруктоза түзетіндей үзеді).

Катализге әсер ететін факторлар
Реакция жылдамдығына қандай факторлар әсер етсе , катализге де солар әсер етеді.
Температура әсері: температура артқанда каталиттік үдерістердің жылдамдықтары артады , бұл реакция бағытына және катализатор активтілігіне де әсер етеді. Әрбір катализатордың жоғары активтілігі сол реакцияға тән белгілі температурада байқалады . Үдерістің оңтайлы температурасын өзгерту катализатор активтілігіне нұқсан келтіреді . Бұл , әсіресе , табиғаты ақсылдық ферменттерде қатты білінеді .
Қысымның әсері . Қысым (немесе көлем) өзгеруі кейбір каталиттік реакцияларға елеулі әсер етеді . Кейбір каталиттік реакциялар қалыпты қысымда өтпейді (жоғарғы спирттер синтезі және т.б) . Қысымды арттырғанда молекулалар арасындағы тиімді соқтығысулар артып , реакция жылдамдығы да өседі.
Еріткіштер әсері. Ерітінділерде өтетін каталиттік үдерістерде еріткіштің молекулалары әрекеттесуші молекулаларды реакцияға қабілеттірек етуі мүмкін. Мысалы, полярлы еріткіштердің молекулалары әрекеттесуші молекулаларды белсенді ионды түрге оіңай ауыстырылады . Промоторлар және ингибиторлар әсерлері туралы жоғарыда айтылды.

Катализ түрлері .
Каталиттік реакцияларды катализаторлардың және әрекеттесуші заттардың фазалық күйлеріне байланысты гомогенді және гетерогенді катализ деп бөледі мұнан басқа , ферменттік үдерістермен байланысты микрогетерогенді катализ түрі бар.

Гомогенді катализ .
Әрекеттесуші заттар мен катализаторлар біртекті сұйық немесе газ жүйесін құраса , яғни олар бір фазалық жағдайда болса , онда катализ гомогенді деп саналады . Реагенттер мен катализаторлар біртекті араласады және олар бейтарап молекула , немесе иондық , немесе комплекс түрінде болады .
Мысалы , көміртек (II) оксиді су буының катализдеуімен көміртек (IV) оксидіне айналады . Сол сияқты күкірт (IV) азот оксиді(II) оксидінің катализдеуімен күкірт (VI) оксидіне айналады , күрделі эфирлердің сабындалуы , дисахаридтердің күшті қышқыл мен немесе сілтілік ерітіндісі арқылы гидролизденуі т.б.
Гомогенді катализдің жүруін аралық қосылыстар теорисы түсіндіріледі . Бұл теория көптеген дәл , жетілген зерттеу әдістерімен дәлелденген,
А + В АВ каталиттік реакцияда К катализатор реагентпен (А) әсерлесіп , аралық тұрақсыз өнім береді :
А + К АК
АК- аралық өнім.
Бұл үдеріс қайтымды болуы да мүмкін . Аралық зат не ыдырайды немесе екінші зат молекуласымен әсерлеседі :
АК+ВАВ+К
Бұл реакция катализаторды жүйеге енгізу үдерістің активтендіру энергиясын төмендетуге әкелгенде ғана жүреді . Мысалы, жоғарыда келтірілген күкірт (VI) оксидінің азот (II) оксидінің қатысуымен тотығатын реакциядағы аралық қосылыстарды және жалпы процесті былай көрсетуге болады :
2SO
1. 2NO+O
2. 2NO

Мұндағы 1 және 2 реакциялар аралық қосылыстардың түзілуін және катализатордың бастапқы қалпына келуін көрсетеді .

Ерітінділердегі гомогенді катализде химиялық әрекеттесу сипаты бойынша каталиттік үдерістерді негізгі екі топқа бөлінеді : қышқылдық - негіздік және тотығу - тотықсыздану .

Гетерогенді катализ.
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 аралығындағы , яғни фазалық бетте , катализатордың бетінде жүреді.
Өндірісте гетерогенді катализ мысалы , ретінде күкірт қышқылын контакт әдісімен алуды , SOні SOке айналдыру үшін қолданылатын Pt катализаторын аммиакты Hпен Nден синтездеу (катализатор жұмсақ Fe+Al) т.б. реакцияларды алуға болады.
Гетерогенді катализ көптеген органикалық заттарды алу үшін қолданылады . Мысалы , мұндай өнімдерін (бензин, солярка , керосин т.б заттар) каталитикалық крекинг әдісімен алады . Hмен CO синтезі арқылы метил спирті алады . Оны тотықтырғанда , формальдену түзіледі , соңғы зат пластмассаларды дайындауда бастапқы зат ретінде саналады .
Химия және фармация өндірістерінде қолданылатын катализаторлар периодтық жүйедегі көптеген элементтерден , металдардан және тұздарынан , сульфидтерінен , оксидтерден тұрады .
Гетерогенді катализдің жүруі әрекеттесуші зат молекулаларының катализатор бетімен әсерлесуіне , яғни адсобцияға байланысты. Катализатордың әсері оның беттік ауданы артқан сайын өседі , ол үшін катализаторды өте майда бөлшектер түрінде қолданылады . Бірақ ұнтақ катализатор газ ағынымен тез ұшып кетеді , ал оның үлкен массасы газ ағынына кедергі келтіреді . Сондықтан катализаторды майда күйінде инертті төсеуіштер тасымалдағыш заттар (силикагель, алюмогель, тұздар т.б) бетіне себеді немесе катализаторға таблетка , шар тәріздесі не цилиндрлі пішін беріп , нығыздайды . Гетерогенді катализаторларда сутек пен азоттан алынатын аммиак сияқты маңызды заттарды синтездеу күйіндегі экзотермиялық реакцияларды қолданған ыңғайлы . Мұндай реакциялардың активтендіру энергиясы жоғары , өнім шығымы тиімді емес , Ле-Шателье ережесіне сәйкес жоғары температурада тепе теңдік бастапқы ығысады . Ал катализаторды қолдану жылу бөлінетін реакцияларды тепе теңдікке төменірек температураларда тез жетуге мүмкіндік береді .

Катализ үдерісі мына сатылардан тұрады :
1. Бастапқы заттардың катализатор бетінде адсорбциялануы:
A+B+Kт Kт
Бұл үдеріс әдетте активтелген және экзотермиялық.
2. Адсорбцияланған күйдің активті жағдайға ауысуы:
ABKтт
Бұл ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Химиялық реакцияның жылдамдығына катализаторлардың әсері
Химиялық реакция жылдамдығы
Гетерогендік катализдің ғылыми негіздері
Гетерогенді катализ
Катализ процесінің құрылымы
Химиялық реакциялар жылдамдығы
Ферменттерді бөліп алу.Ферменттер әсерінің кинетикасы туралы ақпарат
Өсімдік шаруашылығында және медицинада инженерлі энзимологияны қолданылу
Алкилароматты көмірсутектерді оксигенирлеу реакциясының полимерметалды комплекспен катализденуі
Су туралы
Пәндер