Reja: Asosiy tushunchalar

|
Reja: Asosiy tushunchalar
|
Sana | 30.11.2023 | Hajmi | 41 Kb. | | #108127 |
Bog'liq Kataliz Turlari Umumiy tamoyillar Kattalitik reaksiya mexaniz fayllar
Kataliz. Turlari. Umumiy tamoyillar. Kattalitik reaksiya mexanizmlari. Fermentativ kataliz
KATALIZ. TURLARI. UMUMIY TAMOYILLAR. KATTALITIK REAKSIYA MEXANIZMLARI. FERMENTATIV KATALIZ.
REJA:
1.Asosiy tushunchalar.
2.Gomogen kataliz.
3.Geterogen kataliz.
4.Kataliz nazariyalari.
5.Fermentativ kataliz haqida tushunchalar, asosiy tushunchalar.
Kataliz-katalizatorlar ishtiroqida boruvchi reakstiyalarni o’rganuvchi fizik kimyo fanining bo’limidir. Hozirgi kunda kimyoviy va oziq-ovqat sanoatining korxonalaridagi mahsulotlarni 90% idan ortig’i kattalitik reaksiyalar hisobiga olinadi. Ammiak, nitrad kislota, azot o’g’itlarini olish, neftni qayta ishlash (kreking, riforming, izomerlash gidrotozalash) neftkimyo jarayonlari suniy kauchuk, elestomerlar, sun’iy tolalar olish va shunga o’xshash jarayonlar–katalitik jarayonlarda misol bo’la oladi.Kataliz xodisasi tabiatda juda ko’p uchraydi. O’simlik va hayvon organizmida ko’pgina jarayonlar biokatalizatorlar (fermentlar) ta’sirida boradi. Yaqingacha, asosan kataliz jarayoning amaliyotigagina ahamiyat berib kelingan edi, faqat so’nggi yillardagina uning nazariyasiga alohida ahamiyat berila boshlandi. Tadqiqotlar katalizatorlar reaksiyalarning aktivlanish energiyasni kamaytirish orqali reaksiyalar tezligini oshirishni ko’rsatdi, ya’ni katalizatorlarning reaksiyalar tezligini oshirishga asosiy sabab, katalizator ishtirokida reaksiya aktivlanish energiyasining kamayishidir (yoki uning maydalanishidir).Kataliz reaksiya bergan sohaga ko’ra gomogenva geterogenkatalizlarga bo’linadi. Gomogen katalizda reaksiya kirishuvchi moddalar va katalizator bir xil fazoda bo’lsa; geterogen katalizda katalizatorboshqa fazoda bo’ladi va kimyoviy reaksiya fazolar chegarasida boradi. qattiq holdagi katalizator va reagentlar suyuq yoki gazsimon holiga amaliyotda ko’p uchraydi.Katalizatorlar saqlovchanlik(selektivlik) xossasiga ega. Ya’ni hamma kimyoviy reaksiyalarning tezlashtiradigan umumiy katalizator bo’lmaydi.Katalizatorlar saqlovchanlik(selektivlik) xossasiga ega. Ya’ni hamma kimyoviy reaksiyalarning tezlashtiradigan umumiy katalizator bo’lmaydi.Katalizatorlarni selektivligidan, ya’ni ma’lum katalizatorgina tezlatadi. Reakstiya bir necha yo’nalishda borishi mumkin bo’lsa, ma’lum katalizator ma’lum yo’nalishigina tezlatadi.Katalizatorlarni selektivligidan, ya’ni ma’lum katalizatorning ma’lum reaksiyani yoki reaksiya yo’nalishini tezlatishdan sanoatda keng foydalaniladi.Katalizatorlar reaksiya muvozanatiga ta’sir etmaydi.Katalizatorlarni qo’llash nazariy jihatdan chiqishi kerak bo’lgan mahsulot miqdorini qisqa vaqt ichida olishga imkon beradi.Katalizatorlar to’g’ri va teskari reaksiya tezliklarini bir xilda oshiradi ya’ni muvozanat konstanta qiymati o’zgarmaydi.Katalizatorlarni kimyoviy reaksiya tezligiga ta’sirini katalizatorlarning reaksiyani kamida biron bir bosqichida aktivlangan kompleks hosil qilishda ishtiroki bilan tushuntiriladi. Shularni kimyoviy o’zgarishlarning bir yoki bir necha bosqichda aktivlangan kompleks tarkibida bo’lib reaksiya tezligini o’zgartiradigan va mahsulotlar tartibiga kirmaydigan moddalarga aytiladi-deb aytgan. Jarayon birin-ketin boradigan jarayonlardan iborat bo’lib, bundan barqaror bir qancha oraliq moddalar xosil bo’ladi. Bu oraliq moddalarni hamma vaqt ajratib olib bo’lmasa ham, ularning borligini turli usullar bilan aniqlash mumkin.Birin–ketin boradigan reaksiyalardan har qaysisining aktivlanish energiyasi katalizatorsiz boradigan reaksiyaning aktivlanish energiyasidan kichik bo’ladi. Shunga bu reaksiyalar katalizator ishtirokida tezlashadi Birin–ketin boradigan reaksiyalardan har qaysisining aktivlanish energiyasi katalizatorsiz boradigan reaksiyaning aktivlanish energiyasidan kichik bo’ladi. Shunga bu reaksiyalar katalizator ishtirokida tezlashadi k A V == SReaksiyani ko’raylik k- katalizator. Bu reaksiya quyidagi bosqichlar bilan boradi;a) Reagentlardan bittasi katalizator bilan birikma beradi;A K =AKb) Bu AK oraliq birikma ikkinchi komponent bilan aktiv komplekis xosil qiladi;AK V=(AV)* Ka) Aktiv komplekis ajralib mahsulot beradi.(AV)* K = K SGomogen kataliz turlaridan eng tarqalgani kislota–asos katalizidir. Ko’pchilik reaksiyalar uchun H3O va OH- ionlar katalitik ta’sir ko’rsatadi.Generogen kataliz.Generogen kataliz.Geterogen katalitik jarayonlarda katalizatorlar ko’pincha qattiq modda, reagentlar esa suyuq yoki gazsimon bo’ladi.Geterogen kataliz mexanizmi ham, umumiy olganda, gomogen kataliz mexanizmidan farq qilmaydi. qattiq katalizator yuzasidagi atom yoki atomlar guruhi reagentlar bilan aktivlangan kompleks yoki beqaror oraliq birikmalar xosil qiladi. Buni hisobiga reaksiyalarning aktivlanish energiyasi kamayadi va u yoki bu yo’nalishda reaksiya tezlanadi.Shuning bilan birga, generogenkataliz mexanizmi bir oz murakkabroqdir. Bu – jarayon fazalar chegarasida borishi va quyidagi bosqichlar movjudligidandir;1.Dastlabki moddalarning katalizator yuzasiga hajmdan yetib kelishi (diffuziya).2.Katalizator yuzasidagi reaksiyalar .3.Mahsulotlarni katalizator yuzasidan desorbstiyasi va aktiv markazlarning bo’shashi.Bu jarayonlarning qaysi biri sekin bersa, umumiy jarayon tezligi shu bosqichning tezligiga teng bo’ladi. Bu bosqichga chegaralovchi (limitlovchi) bosqich deyiladi. Qaysi bosqich chegaralovchi bo’lishi katalizatorning xossasiga (aktivligiga) va reakstiya sharoitiga bog’liq.Katalizator aktivligi turli omillarning ta’siri;Katalizator aktivligi turli omillarning ta’siri;1.Haroratning ta’siri. Har bir katalizator tarkibi va tayorlanish sharoitiga qarab, ma’lum reaksiya uchun malum haroratlar chegarasida eng katta aktivlikka ega bo’ladi. Odatda, katalizator qancha aktiv bo’lsa, uning past temperaturadagi aktivligi shuncha katta bo’ladi va xaroratning katalizator normal ishlaydigan ish haroratidan oshishi uning aktivligini kamaytiradi va xatto, uni butunlay passiv qilib qo’yadi. Shuning uchun katalitik va ayniqsa haddan tashqari oshib ketish katalizator uchun haflidir.2.Bosimning ta’siri. Umuman olganda, bosim o’zgarishi bilan katalitik reaksiyalarning unumi Le-Shatel’e prinsipiga bo’ysinadi. Lekin geterogen katalitik reaksiyalarda jarayonning birinchi bosqichi adsorbilanish bo’lgani uchun bosim o’zgarishi bilan reaksiyaning tezligi, binobarin, katalizatorning aktivligi ham o’ziga xos ravishda o’zgaradi.Baezan bosimning o’zgarishi reaksiya yo’nalishini ham o’zgartirish mumkin. Vodorod bilan bo’la oladi. Normal bosimda reaksiyaning asosiy maxsuli metan bo’ladi. Reaksiya oksid katalizatorlar ishtirokida yuqori bosimda olib berilsa, metil spirti, juda yuqori bosimda esa yuqori molekulali spirtlar xosil bo’ladi.3.Katalizatorning maydalanganlik darajasi (dispersligi). Katalizator donachalarining o’lchami kichraygan sari uning yuzasi ortib boradi, natijada uning aktivligi ham oshadi. Boshqa tomondan, donachalar kichiklashgan sari reagentlarning diffuziyalanishi qiyinlasha boradi, bu esa katalizator aktivligining kamayishiga sabab bo’ladi. Demak, optimal disperslikni topish zarur.Umuman katalizatorlarni zaxarlanishini 4ga bo’lishadi;Umuman katalizatorlarni zaxarlanishini 4ga bo’lishadi;1.Qaytar zaxarlanishdazaxarlanib aktivligini yo’qotgan katalizatorni turli usullar bilan yana aktiv holga keltirish mumkin.Masalan, H2O2 ni platina katalizator ishtirokida parchalash reakstiyasida CO zahardir. Bu zaxar ishtirokida reaksiya oldin tez susayib so’ngra asta-sekin o’z-o’zidan yana tezlasha boshlaydi. Buning sababi H2O2 ni parchalanishidan xosil bo’lgan kislarodni CO ni SO2 gacha oksidlashidir. CO2 esa yomon adsorbilanadi va CO2 zaxar emas.2.Qaytmas zaxarlanishda zaxarlangan katalizatorning aktivligini qaytadan tiklab bo’lmaydi. Masalan H2S, RH3 gazlari ko’p katalizatorni qaytmas zaxarlaydi.3.Ba’zan reagentdagi oz miqdor zaxar tasirida katalizator progessiv ravishda passivlanadi. Bu xil zaxarlanish kummulativ yoki yig’ilib boradigan zaxarlanishdeyiladi. Masalan, H2O2ni platina katalizator ishtirokida parchalanishda katalizatorni yod shunday zaxarlaydi. Vaqt o’tishi bilan reaksiya tegligi kamayib boradi.4.Ba’zan, katalizatorning aktivligini kamaytiruvchi qo’shimchalar katalizator aktivligini kamaytirish bilan birga uning xususiyatinig va ba’zan fukstiyalarini o’zgartiradi.Natijada ko’p bosqich bilan boradiga jarayon biror oraliq bosqichda to’xtab qoladi. Katalizatorning bunday zaralanishi qulay zaxarlanishdeyiladi. Masalan, benzol eritmasida benzoil xlorid platina katalizator ishtirokida gidrogenlanganda toluol hosil bo’ladi. Lekin bu reaksiya bir qancha bosqich bilan boradi;C2H5COCI = C6H5CHO = C6C5CH2OH = C6H5CH3Agar toza benzol o’rniga iflosroq benzol yoki xinolin aralashgan benzol ishlatilsa, katalizatorning aktivligi kamayadi aproess aldigid hosil bosqichida to’xtab qoladi. Agar toza benzol o’rniga iflosroq benzol yoki xinolin aralashgan benzol ishlatilsa, katalizatorning aktivligi kamayadi aproess aldigid hosil bosqichida to’xtab qoladi. Kontakt zaxarlarning o’ziga xos xususiyatlaridan biri, juda, oz miqdorda bo’lganda ham katalizator aktivligini sezilarli kamaytirib yubora olish va xatto butunlay yo’q qilishdan iborat. Masalan nikel qatlamalarining aktivligi 0,000005g HCN ta’sirida ikki barobar, 0, 00003 g HCN ta’sirida esa katalizator tamomida passivlashadiyuKo’pgina katalizatorlarning aktivligi turli qo’shimchalar ta’sirida oshadi. Bu qo’shimchalar aktivlovchilar yoki promotorlardeyiladi.Ma’lumki reaksiya uchun katalizator bo’lmasdan shu reaksiyaning katalizatori aktivligini oshiruvchi reakstiyaning katalizatori aktivligini oshiruvchi qo’shimchalar promotorlar deb, promtorlar qo’shish esa promotorlash deb tanladi. Masalan steriy va tariy moddalari gidrogenlovchi katalizator emas, lekin ularning har biri nikelga 5% dan qo’shilsa, CO2 ni CH4 ga aylantirishdagi nikel katalizator aktivligi 10 marta ortadi.Promotrlar ikki guruhga–stukturalar hosil qiluvchi va modifistirlovchi promotorlarga bo’linadi .Stukturalar hosil qiluvchi promotrlarkatta konstentrastiyada bo’lgandagina ta’sir qiladi.Modifistirlovchi promotrlarjuda kam miqdorda ta’sir qiladi.Ko’pgina katalizatorlar g’ovak materiallar (moddalar) yuzasiga surtilgan (yoyilgan) xolda qo’maniladi. Bunday g’ovak moddalar yoyuvchilar yoki tregerlar deb ataladi. Bunda, birinchidan katalizator tejaladi, ikkinchidan mexanik mustahkamligi ortadi; uchinchidan yuzasi kattalashadi va x.k.Yoyuvchi sifatida ko’pincha tuproq, asbesk, ko’ir, metallar, ularning oksidlari ishlatiladiKataliz nazariyalari.Kataliz nazariyalari.Katalizning katta amaliy ahamiyatga egaligidan kataliz nazariyasini o’rganish zaruriyati tug’ildi. Hozircha katalizni to’la-to’kis tushuntirib beradigan yagoa nazariya yo’q, lekin katalizning turli tomonlarini ayrim-ayrim tushuntirib beruchi nazariyalar mavjud.Kataliz nazariyasi tarixiy nuqtai nazardan ikki guruhga; kimyoviy nazariyalar (oraliq birikmalar nazariyasi) bilan fizikaviy nazariyaga bo’linadi.Oraliq birikmalar nazariyasi gomogen katalizni yaxshi tushuntirib bersada, geterogen katalizda kuzatilgan turli funktlarni asbobini tushuntirib bera oladi.Katalizning fizikaviy nazariyasi adsoroblanish jarayoniga asoslanadi.Yuqoridagilarni hisobga olgan nazariyalar; Teylorning energenik nazariyasi, N.I. Kobozevning aktiv ansanbil’ nazariyasiS.Z. Roginskiyning kimoviy nazariyasi, A.A Balandinning multplet nazariyalari mavjud.Tajribada ancha tasdiq topgan ko’pchilik e’tirof qilgan nazariyalardan biri A.A Balandinning multplet nazariyasidir. Bu nazariyaga ko’ra, adsorbstion aktiv markazlarning ma’lum sondagi (dunlet, treplet mul’plet) guruҳi katalitik markazlarni hosil qiladi. Birdan ortiq markazlarga tortilgan moekula kuchli deformastiyaga uchraydi.Bu nazariyaga muvofiq ikki xil muvofiqlar bo’lishi kerak; geometrik va energiyaviy muvofiqlik bo’lishi kerak.Agar kristal to’zumidagi katalizatorlarda boradigan reakstiyalarni A.A.Balandin nazariyasi yaxshi izoxlasa, kristal oldi, amorf tuzilishdagi katalizatordagi jarayonlarni N.I.Kobozevning aktiv ansambllar nazariyasi bir muncha to’laroq tushuntiradi.Agar kristal to’zumidagi katalizatorlarda boradigan reakstiyalarni A.A.Balandin nazariyasi yaxshi izoxlasa, kristal oldi, amorf tuzilishdagi katalizatordagi jarayonlarni N.I.Kobozevning aktiv ansambllar nazariyasi bir muncha to’laroq tushuntiradi.N.I.Kobozev fikricha, aktiv markazlarning tabiatini kristal holat bilan boғlash noto’g’ri. Yoyuvchiga yoyilgan katalizator misolida katalitik aktivlik yoyuvchidagi katalizator miqdoriga ekstemal boғliqligini ko’rsatdi vabu nazariyaga ko’ra aktiv markazlar ma’lum miqdordagi bir qancha atomlar ansambilidan iborat bo’ladi. Ansambl bir xil qancha atomlardan (faqat katalizator atomlaridan) yoki har xil atomlardan (faqat katalizator atomlaridan) yoki har xil atomlardan iborat bo’lishi mumkin.Yana S.Z.Roninskiy va F.F.Volkenshteynlar tomonidan ishlab chiqilgan katalizning elektron nazariyasini va N.N.Semenov, V.Voevodskiylar tomonidan ilgari surilgan katalizning radikal nazariyalarini keltirish mumkin. Bu nazariyalar tajriba ma’lumotlari bilan boyib tiklanish davrini kechirmoqda.Fermentativ kataliz haqida tushunchalarFermentativ kataliz haqida tushunchalarTabiiy gomogen katalizator – fermentlar o’ziga xosligi, yuqori saylovchanligi bilan ajralib turadi. Bo’lar maxsus oqsil molekulalar bo’lib ularda bo’shliq va bir necha aktiv markazlar mavjudbo’lgani uchun fazoda bir–biriga va aktiv markazlarga nisbatan ma’lum yo’nalishda yaxshi joylashadi. Ko’pincha fermentlar tarkibida o’zgaruvchan valentligi bo’lgan metallar kiradi. Shuning uchun fermentlarni gomogen metalkompleksli katalizatorlarda sinfiga belgilashadi.Fermentlar ko’pgina reaksiyalarni “yumshoq” sharoitlarda olib borishga imkon beradi. Masalan oqsillar pH 7 da proteaza deb ataladigan fermentlar yordamida gidrolizlanadi. Boshqa fermentlar ta’irida azot vodotod bilan uy haroratida va atmosfera bosimida (0,1 Mpa) birikadi, vaxolanki sintetik, anorganiq (geterogen) katalizatorlar yordamida bu jarayonni olib borish uchun 700-800 K ҳarorat va yuqori bosimlar (o’nlab atmasfera) zarur bo’ladi. Jonli tabiatdagi hamma jarayonlar maxsus fermentlar tomonidan boshqarib boriladi.Mavzu bo’yicha nazorat savollari.Mavzu bo’yicha nazorat savollari.1.Katalizator nima?2.Kataliz deb nimaga aytiladi.3.“Katalizatorning saqlovchanligi’’ tushunchani izoxlang.4.Gomogen kataliz mohiyatini misollarda tushuntiring.5.Geterogen katalizni borish mexanizmlarini keltiring va izoxlang.6.Geterogen katalizda katalizator aktivligiga ta’sir qiluvchi omillarni izoxlang.7.Katalizatorning zaxarlanish turlarini aytib bering.8.Kataliz nazariyalarini aytib bering.9.A.A.Balandin nazariyasini mohiyatini keltiring.10.Fermentativ kataliz haqida nima bilasiz?ETIBORINGIZ UCHUN RAHMATETIBORINGIZ UCHUN RAHMAThttp://fayllar.org
|
| |