Katalytické reakce: příklady. Homogenní a heterogenní katalýza

Chemie je věda o látkách a jejich přeměnách, stejně jako způsoby jejich získání. Dokonce i v běžných učebních osnovách se zvažuje důležitá otázka, jako jsou typy reakcí. Klasifikace, se kterou jsou studenti představen na základní úrovni, bere v úvahu změny toku oxidační fázi, a tak proces mechanismus. D. Kromě toho, všechny chemické procesy jsou rozděleny do katalytických a non-katalytické reakce. Příklady transformací, ke kterým dochází za účasti katalyzátoru, se vyskytují v běžném životě: fermentace, rozpad. Nekatalytické změny jsou mnohem méně časté.

Co je to katalyzátor?

Jedná se o chemickou látku, která může změnit rychlost interakce, ale na ní se neúčastní. V případě, že katalyzátor urychluje proces, je to otázka pozitivní katalýzy. V případě, že se látka přidá k procesu snižuje reakční rychlost, nazývá se inhibitorem.

Typy katalýzy

Homogenní a heterogenní katalýza se liší ve fázi, ve které jsou nalezeny výchozí materiály. Pokud jsou počáteční složky odebírané pro interakce, včetně katalyzátoru, ve stejném agregovaném stavu, probíhá homogenní katalýza. V případě, že se reakce různých fází podílejí na reakci, dochází k heterogenní katalýze.

Selektivita akce

Katalýza není jen prostředkem ke zvýšení produktivity zařízení, ale pozitivně ovlivňuje kvalitu získaných produktů. Tento jev je možné vysvětlit skutečností, že kvůli selektivnímu působení většiny katalyzátorů se zrychluje přímá reakce, snižují se vedlejší procesy. Nakonec získané produkty mají vysokou čistotu, není třeba dále čistit látky. Selektivita působení katalyzátoru poskytuje skutečné snížení nevýrobních nákladů na suroviny, což je dobrý ekonomický přínos.

Výhody použití katalyzátoru při výrobě

Co další jsou katalytické reakce? Příklady zvážené v běžné střední škole naznačují, že použití katalyzátoru umožňuje, aby byl proces prováděn při nižších teplotách. Experimenty potvrzují, že lze výrazně snížit náklady na energii. To je zvláště důležité v moderních podmínkách, kdy je na světě nedostatek zdrojů energie.

Příklady katalytických produkcí

Který průmysl používá katalytické reakce? Příklady takových výrob: výroba kyseliny dusičné a sírové, vodík, amoniak, polymery, rafinace ropy. Katalýza je široce používána při výrobě organických kyselin, monohydrátů a vícesytné alkoholy, fenol, syntetické pryskyřice, barviva, léky.

Co je to katalyzátor?

Jako katalyzátory mohou působit mnohé látky, které jsou v periodickém systému chemických prvků Dmitrije Ivanoviča Mendelejev, stejně jako jejich sloučeniny. Mezi nejběžnější urychlovače patří: nikl, železo, platina, kobalt, hlinitokřemičitany, oxidy manganu.

Katalyzátorové funkce

Vedle selektivního účinku mají katalyzátory vynikající mechanickou pevnost, jsou schopné odolat katalytickým jedům, snadno se regenerují (regenerují).

Na katalyzátoru fázového stavu homogenní reakce jsou rozděleny na plynnou a kapalnou fázi.

Zvažme tyto typy reakcí podrobněji. V roztocích pro chemické konverzní urychlovače vyčnívat vodíkové kationty H +, báze hydroxidové ionty OH-, kationty kovů, M +, a látky, které podporují tvorbu volných radikálů.

Podstata katalýzy

Mechanismem katalýzy ve vzájemné interakci kyselin a bází je, že dochází k výměně interagujících látek a katalyzátoru pozitivními ionty (protony). Dochází k intramolekulámým přeměnám. Tento typ reakce je:

• dehydratace (odpojení vody);
• hydratace (přidání molekul vody);
• esterifikace (tvorba esteru z alkoholů a karboxylových kyselin);
• polykondenzace (tvorba polymeru s eliminací vody).

Teorie katalýzy vysvětluje nejen samotný proces, ale i možné vedlejší transformace. V případě heterogenní katalýzy vytváří urychlovač procesu nezávislou fázi, některé centra na povrchu reakčních látek mají katalytické vlastnosti nebo se jedná o celý povrch.

Existuje také mikroheterogenní proces, který zahrnuje nalezení katalyzátoru v koloidním stavu. Tato varianta je přechodný stav z homogenní na heterogenní katalýzu. Většina těchto procesů se vyskytuje mezi plynnými látkami za použití pevných katalyzátorů. Mohou být ve formě granulí, tablet, zrn.

Šíření katalýzy v přírodě

Enzymatická katalýza je docela rozšířená v přírodě. S pomocí biokatalyzátorů se syntetizují proteinové molekuly, metabolismus se provádí v živých organizmech. Žádný biologický proces, který se uskutečňuje za účasti živých organismů, neprochází katalytickými reakcemi. Příklady životně důležitých procesů: syntéza aminokyselin z proteinů specifických pro tělo - štěpení tuků, bílkovin, sacharidů.

Algoritmus katalýzy

Zvažte mechanismus katalýzy. Tento proces, který probíhá na porézních pevných urychlovačích chemické interakce, zahrnuje několik elementárních stupňů:

• difúze interakčních látek na povrch zrn katalyzátoru z jádra toku;
• difúze činidel v pórech katalyzátoru;
• chemisorpce (aktivovaná adsorpce) na povrchu chemického reakčního urychlovače s výskytem chemických povrchových látek - aktivovaných komplexů "katalyzátor-činidlo";
• přeuspořádání atomů se vzhledem povrchových kombinací katalyzátoru a produktu;
• difúze v pórech urychlovače reakce produktu;
• difúze produktu z povrchu zrna urychlovače reakce do jádra toku.

Katalytické a nekatalytické reakce jsou tak důležité, že vědci po mnoho let pokračují v výzkumu v této oblasti.

Při homogenní katalýze není třeba konstruovat speciální konstrukce. Enzymatická katalýza v heterogenní verzi zahrnuje použití různých specifických zařízení. Pro její tok vyvinuli speciální kontaktní zařízení, rozdělené přes kontaktní plochy (v trubkách, na stěnách katalyzátoru v záběru) - váha s filtrem sloem- sloem- práškové s pohyblivým katalyzátoru.

Přenos tepla do zařízení je realizován různými způsoby:

• pomocí externích (externích) výměníků tepla;
• pomocí výměníků tepla zabudovaných do kontaktního zařízení.

Při analýze chemických vzorců lze nalézt také reakce, při nichž se jeden z konečných produktů, který vzniká během chemické interakce výchozích složek, chová jako katalyzátor.

Takové procesy se obvykle nazývají autokatalytické, fenomén v chemii se nazývá autokatalýza.

Míra mnoha interakcí souvisí s přítomností určitých látek v reakční směsi. Jejich vzorce v chemii jsou nejčastěji přehlíženy, nahrazeny slovy "katalyzátor" nebo jeho zkrácená verze. Nejsou zahrnuty do konečné stereochemické rovnice, protože se po kvantitativním pohledu po dokončení interakce nemění. V některých případech jsou malé množství látek dostatečné k významnému ovlivnění rychlosti procesu. Je zcela přípustné a takové situace, kdy reakční nádoba sama působí jako urychlovač chemické interakce.

Podstata účinku katalyzátoru na změnu rychlosti chemického procesu spočívá v tom, že tato látka je obsažena v aktivním komplexu a proto se mění aktivační energie chemické interakce.

Během rozpadu tohoto komplexu je pozorována regenerace katalyzátoru. Spodní čára je, že nebude vyčerpána, zůstanou ve stejném množství po ukončení interakce. Z tohoto důvodu je pro reakci se substrátem (reagující látkou) dostačující nepatrné množství účinné látky. Ve skutečnosti malé množství katalyzátorů při provádění chemických procesů totéž platí, protože jsou možné různé vedlejší procesy: jejich otravy, technologické ztráty, změna stavu povrchu pevného katalyzátoru. Vzorky pro chemii nepředpokládají, že jsou katalyzátory účtovány.

Závěr

Reakce, ve kterých se účinná látka (katalyzátor) účastní, obklopují člověka, kromě toho se také objevují v jeho těle. Homogenní reakce jsou mnohem méně časté než heterogenní interakce. V každém případě se vytvoří první meziprodukty, které jsou nestabilní, postupně se zničí a pozoruje se regenerace (uzdravení) urychlovače chemického procesu. Například při interakci kyseliny metafosforečné s persulfátem draselným působí jako katalyzátor kyselina jodová. Když je přidáván do reakčních složek, vytvoří se žlutý roztok. Jak se blížíte ke konci procesu, barva postupně zmizí. Jód působí v tomto případě jako meziprodukt a proces probíhá ve dvou fázích. Jakmile je však kyselina metafosforečná syntetizována, katalyzátor se vrátí do původního stavu. Katalyzátory jsou v průmyslu nepostradatelné, pomáhají urychlit transformaci, získávají kvalitní reakční produkty. Nemožné bez jejich účasti a biochemických procesů v našem těle.