Reazioni catalitiche: esempi. Catalisi omogenea ed eterogenea

La chimica è la scienza delle sostanze e le loro trasformazioni, eanche i modi per ottenerli. Anche nel curriculum scolastico ordinario, viene considerata una domanda importante, come i tipi di reazioni. La classificazione, che introduce gli studenti ad un livello base, tiene conto del cambiamento del grado di ossidazione, della fase del flusso, del meccanismo del processo, ecc. Inoltre, tutti i processi chimici sono suddivisi in reazioni non catalitiche e catalitiche. Esempi di trasformazioni che avvengono con la partecipazione di un catalizzatore si trovano nella vita ordinaria: fermentazione, decadimento. Le trasformazioni non catalitiche sono molto meno comuni.

Cos'è un catalizzatore?

È una sostanza chimica che può cambiarevelocità di interazione, ma non vi partecipa. Nel caso in cui il catalizzatore acceleri il processo, si tratta di una catalisi positiva. Nel caso in cui la sostanza aggiunta al processo riduca la velocità di reazione, viene chiamata inibitore.

Tipi di catalisi

La catalisi omogenea ed eterogenea differisce infase in cui si trovano i materiali di partenza. Se i componenti iniziali presi per le interazioni, incluso il catalizzatore, si trovano nello stesso stato aggregato, procede la catalisi omogenea. Nel caso in cui diverse sostanze di fase partecipino alla reazione, si verifica una catalisi eterogenea.

Selettività dell'azione

La catalisi non è solo un mezzoaumentando la produttività delle attrezzature, influisce positivamente sulla qualità dei prodotti ottenuti. È possibile spiegare questo fenomeno per il fatto che a causa dell'azione selettiva della maggior parte dei catalizzatori, una reazione diretta viene accelerata, i processi laterali sono ridotti. In definitiva, i prodotti ottenuti sono di elevata purezza, non è necessario purificare ulteriormente le sostanze. La selettività dell'azione del catalizzatore consente una reale riduzione dei costi di non produzione delle materie prime, un buon vantaggio economico.

Vantaggi dell'uso del catalizzatore nella produzione

Cos'altro ci sono reazioni catalitiche? Gli esempi considerati nella scuola secondaria ordinaria indicano che l'uso del catalizzatore consente di eseguire il processo a temperature più basse. Gli esperimenti confermano che può essere utilizzato per ridurre significativamente i costi energetici. Questo è particolarmente importante nelle condizioni moderne, quando c'è una carenza di risorse energetiche nel mondo.

Esempi di produzione catalitica

Quale industria utilizza cataliticamentereazione? Esempi di tali settori: produzione di acido nitrico e solforico, idrogeno, ammoniaca, polimeri, raffinazione del petrolio. La catalisi è ampiamente utilizzata nella preparazione di acidi organici, alcoli monoidretici e poliidrici, fenolo, resine sintetiche, coloranti e droghe.

Qual è il catalizzatore

Molti catalizzatori possono agire da catalizzatori.sostanze nella tavola periodica degli elementi chimici di Dmitri Ivanovich Mendeleev, così come i loro composti. Tra gli acceleratori più comuni emettono: nichel, ferro, platino, cobalto, alluminosilicati, ossidi di manganese.

Caratteristiche del catalizzatore

Oltre all'azione selettiva, i catalizzatori hanno un'eccellente resistenza meccanica, sono in grado di resistere ai veleni catalitici e sono facilmente rigenerabili (ripristinati).

Secondo lo stato di fase, le reazioni catalitiche omogenee sono suddivise in fase gas e fase liquida.

Considera questi tipi di reazioni in modo più dettagliato. Nelle soluzioni, l'acceleratore di conversione chimica è cationi idrogeno H +, ioni idrossido di base OH, cationi metallici M + e sostanze che favoriscono la formazione di radicali liberi.

Essenza di catalisi

Meccanismo di catalisi nell'interazione di acidi eIl motivo è che esiste uno scambio tra le sostanze interagenti e il catalizzatore con ioni positivi (protoni). Quando questo accade trasformazioni intramolecolari. Per questo tipo di reazione sono:

• disidratazione (separazione dell'acqua);
• idratazione (aggiunta di molecole d'acqua);
• esterificazione (formazione di esteri di alcoli e acidi carbossilici);
• policondensazione (formazione di polimeri con scissione dell'acqua).

La teoria della catalisi spiega non solo il processo stesso,ma anche possibili trasformazioni laterali. Nel caso di catalisi eterogenea, l'acceleratore di processo forma una fase indipendente, alcuni centri sulla superficie dei reagenti hanno proprietà catalitiche o l'intera superficie è coinvolta.

C'è anche un processo microeterogeneo checomporta la presenza di un catalizzatore nello stato colloidale. Questa opzione è uno stato di transizione da tipo omogeneo a tipo eterogeneo di catalisi. La maggior parte di questi processi avviene tra sostanze gassose che utilizzano catalizzatori solidi. Possono essere sotto forma di granuli, compresse, cereali.

La diffusione della catalisi in natura

La catalisi enzimatica è abbastanza ampiacomune in natura. È con l'aiuto dei biocatalizzatori che avviene la sintesi delle molecole proteiche, viene effettuato il metabolismo negli organismi viventi. Non un singolo processo biologico che coinvolge organismi viventi elude le reazioni catalitiche. Esempi di processi vitali: la sintesi di aminoacidi da proteine ​​specifiche per il corpo; scissione di grassi, proteine, carboidrati.

Algoritmo di catalisi

Considera il meccanismo della catalisi. Questo processo, che si svolge su solidi acceleratori porosi di interazione chimica, comprende diverse fasi elementari:

• diffusione di sostanze interagenti sulla superficie dei grani del catalizzatore dal nucleo del flusso;
• diffusione di reagenti nei pori del catalizzatore;
• chemisorbimento (adsorbimento attivato) sulla superficie di un acceleratore di reazione chimica con la comparsa di sostanze superficiali chimiche - catalizzatore attivato - complessi di reagenti;
• riarrangiamento degli atomi con l'emergere di combinazioni di superfici "catalizzatore-prodotto";
• diffusione nei pori dell'acceleratore del prodotto di reazione;
• diffusione del prodotto dalla superficie del grano dell'acceleratore di reazione nel nucleo del flusso.

Le reazioni catalitiche e non catalitiche sono così importanti che gli scienziati hanno continuato la ricerca in questo settore per molti anni.

Non c'è bisogno di catalisi omogenea.costruire strutture speciali. La catalisi enzimatica per una variante eterogenea comporta l'uso di apparecchiature diverse e specifiche. Per il suo flusso, sono stati sviluppati dispositivi di contatto speciali, suddivisi sulla superficie di contatto (in tubi, su pareti, griglie di catalizzatore); con uno strato filtrante; strato sospeso; con un catalizzatore particellare in movimento.

Il trasferimento di calore nell'apparecchio è implementato in diversi modi:

• attraverso l'uso di scambiatori di calore remoti (esterni);
• utilizzando scambiatori di calore integrati nel dispositivo di contatto.

Analizzando le formule in chimica, si possono trovare tali reazioni in cui uno dei prodotti finali, che si forma durante l'interazione chimica dei componenti iniziali, agisce da catalizzatore.

Tali processi sono chiamati autocatalitici, il fenomeno stesso in chimica è chiamato autocatalisi.

La velocità di molte interazioni è correlata ala presenza nella miscela di reazione di alcune sostanze. Le loro formule in chimica sono spesso trascurate, sostituite dalla parola "catalizzatore" o dalla sua versione abbreviata. Non sono inclusi nell'equazione stereochimica finale, poiché non cambiano dal punto di vista quantitativo dopo il completamento dell'interazione. In alcuni casi, piccole quantità di sostanze sono sufficienti per influenzare significativamente la velocità del processo. Tali situazioni sono anche del tutto possibili quando il vaso di reazione stesso funge da acceleratore dell'interazione chimica.

L'essenza dell'influenza del catalizzatore sul cambiamento del tasso di un processo chimico è che questa sostanza è inclusa nel complesso attivo e quindi modifica l'energia di attivazione dell'interazione chimica.

Con il crollo di questo complesso si osservarigenerazione del catalizzatore. La linea di fondo è che non sarà speso, rimarrà nella stessa quantità dopo la fine dell'interazione. È per questo motivo che una quantità insignificante del principio attivo è sufficiente per effettuare la reazione con il substrato (sostanza reattiva). In realtà, quantità insignificanti di catalizzatori sono ancora consumate nello svolgimento di processi chimici, dal momento che sono possibili vari processi collaterali: l'avvelenamento, le perdite tecnologiche e il cambiamento dello stato superficiale di un catalizzatore solido. Le formule di chimica non richiedono un catalizzatore.

conclusione

Reazioni a cui partecipa l'attivosostanza (catalizzatore), circondano la persona, inoltre, fluiscono nel suo corpo. Le reazioni omogenee sono molto meno comuni delle interazioni eterogenee. In ogni caso, la formazione di complessi intermedi si verifica prima, che sono instabili, vengono gradualmente distrutti e si osserva la rigenerazione (recupero) dell'acceleratore del processo chimico. Ad esempio, nell'interazione dell'acido metafosforico con il persolfato di potassio, l'acido idroiodico agisce da catalizzatore. Quando viene aggiunto ai reagenti, si forma una soluzione gialla. Mentre ci avviciniamo alla fine del processo, il colore scompare gradualmente. In questo caso, lo iodio agisce come un prodotto intermedio e il processo avviene in due fasi. Ma non appena l'acido metafosforico viene sintetizzato, il catalizzatore ritorna al suo stato originale. I catalizzatori sono indispensabili nell'industria, aiutano ad accelerare le trasformazioni, a ottenere prodotti di reazione di alta qualità. I processi biochimici nel nostro corpo sono impossibili senza la loro partecipazione.