Хими бол бодис, тэдгээрийн хувирал, мөн тэдгээрийг олж авах аргын тухай шинжлэх ухаан юм. Ердийн сургуулийн сургалтын хөтөлбөрт ч гэсэн хариу үйлдэл үзүүлэх зэрэг чухал асуудлыг авч үздэг. Сургуулийн хүүхдүүдэд анхан шатны мэдлэг олгох ангилал нь исэлдэлтийн зэрэг, дамжих үе шат, үйл явцын механизм гэх мэт өөрчлөлтийг харгалзан үздэг. Үүнээс гадна бүх химийн процессыг каталитик бус, катализатор гэж хуваадаг. урвалууд. Хүнд катализаторын оролцоотойгоор тохиолддог өөрчлөлтүүдийн жишээнүүд нь энгийн амьдралд тохиолддог: исгэх, ялзрах. Каталитик бус хувиргалт нь бидний хувьд хамаагүй ховор тохиолддог.
Катализатор гэж юу вэ
Энэ нь харилцан үйлчлэлийн хурдыг өөрчлөх чадвартай химийн бодис боловч өөрөө үүнд оролцдоггүй. Катализаторын тусламжтайгаар үйл явцыг хурдасгах тохиолдолд эерэг катализийн тухай ярьж байна. Процесст нэмсэн бодис нь урвалын хурдыг бууруулдаг тохиолдолд үүнийг дарангуйлагч гэж нэрлэдэг.
Катализаторын төрлүүд
Нэг төрлийн ба гетероген катализ нь фазын хувьд ялгаатайЭхлэх материалууд нь хаана байрладаг. Хэрэв харилцан үйлчлэлд зориулж авсан анхны бүрэлдэхүүн хэсгүүд, түүний дотор катализатор нь нэгтгэх төлөвт байгаа бол нэгэн төрлийн катализ явагдана. Янз бүрийн фазын бодисууд урвалд оролцох тохиолдолд гетероген катализ үүсдэг.
Үйл ажиллагааны сонголт
Катализ нь зөвхөн тоног төхөөрөмжийн бүтээмжийг нэмэгдүүлэх хэрэгсэл биш бөгөөд энэ нь гарсан бүтээгдэхүүний чанарт эерэг нөлөө үзүүлдэг. Энэ үзэгдлийг ихэнх катализаторын сонгомол (сонгомол) үйл ажиллагааны улмаас шууд урвал хурдасч, хажуугийн процессууд буурч байгаатай холбон тайлбарлаж болно. Эцсийн эцэст, үүссэн бүтээгдэхүүн нь өндөр цэвэршилттэй тул бодисыг цаашид цэвэршүүлэх шаардлагагүй болно. Катализаторын үйл ажиллагааны сонгомол чанар нь түүхий эдийн үйлдвэрлэлийн бус зардлыг бодитоор бууруулж, эдийн засгийн сайн үр өгөөжийг өгдөг.
Катализаторыг үйлдвэрлэлд ашиглахын ашиг тус
Катализаторын урвалыг өөр юу тодорхойлдог вэ? Ердийн дунд сургуулийн жишээнээс харахад катализатор ашиглах нь процессыг бага температурт явуулах боломжийг олгодог. Туршилтууд нь эрчим хүчний зардлыг мэдэгдэхүйц бууруулахад ашиглаж болохыг баталж байна. Дэлхий дээр эрчим хүчний нөөц хомс байгаа орчин үеийн нөхцөлд энэ нь ялангуяа чухал юм.
Катализаторын үйлдвэрлэлийн жишээ
Катализаторын урвалыг ямар үйлдвэр ашигладаг вэ? Ийм үйлдвэрлэлийн жишээ:азотын болон хүхрийн хүчил, устөрөгч, аммиак, полимер үйлдвэрлэх, газрын тос боловсруулах. Катализийг органик хүчил, нэг ба олон атомт спирт, фенол, нийлэг давирхай, будагч бодис, эм үйлдвэрлэхэд өргөн ашигладаг.
Катализатор гэж юу вэ
Дмитрий Иванович Менделеевийн химийн элементүүдийн үелэх системд орсон олон бодис, тэдгээрийн нэгдлүүд катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг. Хамгийн түгээмэл хурдасгууруудын дунд: никель, төмөр, цагаан алт, кобальт, алюминосиликат, манганы исэл.
Катализаторын онцлог
Катализатор нь сонгомол үйлдлээс гадна маш сайн механик хүч чадалтай, катализаторын хорыг тэсвэрлэх чадвартай, амархан нөхөн сэргээгддэг (нөхөн сэргээгддэг).
Фазын төлөвийн дагуу катализаторын нэгэн төрлийн урвалыг хий-фаз ба шингэн-фаз гэж хуваана.
Эдгээр төрлийн урвалуудыг нарийвчлан авч үзье. Уусмал дахь устөрөгчийн катионууд H+, гидроксидын суурийн ионууд OH-, металлын катионууд M+, чөлөөт радикал үүсэхэд хувь нэмэр оруулдаг бодисууд нь химийн хувиргалтыг хурдасгагч болдог.
Катализын мөн чанар
Хүчил ба суурийн харилцан үйлчлэлийн катализын механизм нь харилцан үйлчлэгч бодис болон катализаторын эерэг ионуудын (протон) хооронд солилцоо явагдах явдал юм. Энэ тохиолдолд молекул доторх өөрчлөлтүүд явагдана. Үүний дагуухариу үйлдэл дараах байдалтай байна:
- шингэн алдалт (ус зайлуулах);
- усжуулах (усны молекулуудын нэгдэл);
- эфиржилт (спирт ба карбоксилын хүчлээс эфир үүсэх);
- поликонденсаци (усыг гадагшлуулж полимер үүсэх).
Катализын онол нь зөвхөн процессыг өөрөө тайлбарлахаас гадна боломжит гаж хувирлыг бас тайлбарладаг. Гетероген катализаторын хувьд процессын хурдасгуур нь бие даасан фаз үүсгэдэг, урвалд орох бодисын гадаргуу дээрх зарим төвүүд нь катализаторын шинж чанартай байдаг эсвэл бүх гадаргуу оролцдог.
Мөн коллоид төлөвт катализатор байхтай холбоотой микрогетероген процесс байдаг. Энэ хувилбар нь нэг төрлийн катализаас гетероген хэлбэрт шилжих шилжилтийн төлөв юм. Эдгээр үйл явцын ихэнх нь хатуу катализатор ашиглан хийн бодисуудын хооронд явагддаг. Тэдгээр нь мөхлөг, шахмал, үр тариа хэлбэртэй байж болно.
Катализын байгаль дахь тархалт
Ферментийн катализ нь байгальд нэлээд өргөн тархсан. Энэ нь биокатализаторын тусламжтайгаар уургийн молекулуудын нийлэгжилт явагдаж, амьд организм дахь бодисын солилцоо явагддаг. Амьд организмын оролцоотойгоор явагддаг нэг ч биологийн процесс катализаторын урвалыг тойрч гардаггүй. Амьдралын чухал үйл явцын жишээ: амин хүчлээс бие махбодид өвөрмөц уургийн нийлэгжилт; өөх тос, уураг, нүүрс усны задрал.
Катализийн алгоритм
Катализын механизмыг авч үзье. Энэ процесс нь сүвэрхэг хатуу химийн харилцан үйлчлэлийн хурдасгуур дээр явагддагӨөртөө хэд хэдэн үндсэн үе шат:
- харилцаж буй бодисуудын урсгалын гол хэсгээс катализаторын ширхэгийн гадаргуу руу тархах;
- катализаторын нүхэнд урвалжуудын тархалт;
- химийн гадаргуугийн бодисууд - идэвхжүүлсэн катализатор-урвалжийн цогцолборууд гарч ирэх химийн урвалын хурдасгуурын гадаргуу дээр химисорбци (идэвхжүүлсэн шингээлт);
- гадаргуугийн "катализатор-бүтээгдэхүүн"-ийн хослолын дүр төрх бүхий атомуудын дахин зохион байгуулалт;
- бүтээгдэхүүний урвалын хурдасгуурын нүхэнд тархах;
- бүтээгдэхүүний урвалын хурдасгуурын ширхэгийн гадаргуугаас үндсэн урсгал руу тархах.
Катализатор болон каталитик бус урвал нь маш чухал тул эрдэмтэд энэ чиглэлээр олон жилийн турш үргэлжлүүлэн судалгаа хийсэн.
Нэг төрлийн катализтай бол тусгай байгууламж барих шаардлагагүй. Гетероген хувилбар дахь ферментийн катализ нь янз бүрийн, тусгай тоног төхөөрөмжийг ашиглах явдал юм. Түүний урсгалын хувьд контактын гадаргуугийн дагуу (хоолой, хана, катализаторын тор) дагуу хуваагддаг тусгай контакт аппаратуудыг боловсруулсан; шүүлтүүр давхаргатай; жигнэсэн давхарга; хөдөлгөөнт нунтагласан катализатортой.
Төхөөрөмжүүдийн дулаан солилцоог янз бүрийн аргаар хэрэгжүүлдэг:
- алсын (гадаад) дулаан солилцуур ашиглан;
- холбоо барих төхөөрөмжид суурилуулсан дулаан солилцуурын тусламжтайгаар.
Хими дэх томъёонд дүн шинжилгээ хийснээр катализатор нь химийн харилцан үйлчлэлийн явцад үүсдэг эцсийн бүтээгдэхүүний нэг болох ийм урвалуудыг олж болно.эх бүрэлдэхүүн хэсгүүд.
Иймэрхүү процессыг ихэвчлэн автокаталитик гэж нэрлэдэг ба уг үзэгдлийг химийн хувьд автокатализ гэж нэрлэдэг.
Олон харилцан үйлчлэлийн хурд нь урвалын холимогт тодорхой бодис байгаатай холбоотой. Хими дэх тэдгээрийн томъёог ихэвчлэн орхигдуулж, "катализатор" гэсэн үг эсвэл түүний товчилсон хувилбараар сольдог. Эдгээр нь харилцан үйлчлэл дууссаны дараа тоон үүднээс өөрчлөгддөггүй тул эцсийн стереохимийн тэгшитгэлд ороогүй болно. Зарим тохиолдолд бага хэмжээний бодисууд нь процессын хурдад ихээхэн нөлөөлдөг. Урвалын сав өөрөө химийн харилцан үйлчлэлийн хурдасгагч болж байгаа тохиолдолд нөхцөл байдлыг бас хүлээн зөвшөөрөх боломжтой.
Химийн процессын хурдыг өөрчлөхөд катализаторын үзүүлэх нөлөөний мөн чанар нь энэ бодис нь идэвхтэй цогцолборын найрлагад багтдаг тул химийн харилцан үйлчлэлийн идэвхжүүлэх энергийг өөрчилдөгт оршино.
Энэ цогцолбор задрахад катализатор дахин үүснэ. Хамгийн гол нь энэ нь зарцуулагдахгүй, харилцан үйлчлэл дууссаны дараа тэр хэмжээгээрээ үлдэх болно. Энэ шалтгааны улмаас бага хэмжээний идэвхтэй бодис нь субстраттай (урвалж буй бодис) урвал явуулахад хангалттай байдаг. Бодит байдал дээр химийн процессын явцад өчүүхэн хэмжээний катализатор зарцуулсан хэвээр байна, учир нь янз бүрийн гаж үйл явц: түүний хордлого, технологийн алдагдал, хатуу катализаторын гадаргуугийн төлөв байдал өөрчлөгдөх боломжтой. Химийн томъёонд катализатор ороогүй болно.
Дүгнэлт
Идэвхтэй бодис (катализатор) оролцдог урвалууд нь хүнийг тойрон хүрээлж, үүнээс гадна түүний биед тохиолддог. Нэг төрлийн урвал нь гетероген харилцан үйлчлэлээс хамаагүй бага тохиолддог. Ямар ч тохиолдолд эхлээд завсрын цогцолборууд үүсдэг бөгөөд тэдгээр нь тогтворгүй, аажмаар устаж, химийн процессын хурдасгуурыг нөхөн сэргээх (сэргээх) ажиглагдаж байна. Жишээлбэл, метафосфорын хүчил калийн персульфаттай урвалд ороход гидроиодын хүчил нь катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг. Үүнийг урвалжид нэмэхэд шар өнгийн уусмал үүснэ. Процессын төгсгөлд ойртох тусам өнгө нь аажмаар алга болдог. Энэ тохиолдолд иод нь завсрын бүтээгдэхүүний үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд процесс нь хоёр үе шаттайгаар явагддаг. Гэхдээ метафосфорын хүчлийг нийлэгжүүлмэгц катализатор анхны төлөвтөө буцаж ирдэг. Катализатор нь үйлдвэрлэлд зайлшгүй шаардлагатай бөгөөд хувиргалтыг хурдасгаж, өндөр чанартай урвалын бүтээгдэхүүнийг олж авахад тусалдаг. Бидний бие дэх биохимийн процессууд тэдний оролцоогүйгээр явагдах боломжгүй.
