Shkalla e reaksioneve kimike mund të rritet ndjeshëm në prani të substancave të ndryshme që nuk janë reagjentë dhe nuk janë pjesë e produkteve të reaksionit. Ky fenomen i shquar quhet kataliza(nga greqishtja "katalysis" - shkatërrim). Një substancë, prania e së cilës në një përzierje rrit shpejtësinë e një reaksioni quhet katalizator. Sasia e tij para dhe pas reagimit mbetet e pandryshuar. Katalizatorët nuk përfaqësojnë ndonjë klasë të veçantë të substancave. Në reaksione të ndryshme, metalet, oksidet, acidet, kripërat dhe komponimet komplekse mund të shfaqin një efekt katalitik. Reaksionet kimike në qelizat e gjalla ndodhin nën kontrollin e proteinave katalitike të quajtura enzimat. Kataliza duhet të konsiderohet një faktor vërtet kimik në rritjen e shpejtësisë së reaksioneve kimike, pasi katalizatori është i përfshirë drejtpërdrejt në reaksion. Kataliza është shpesh një mjet më i fuqishëm dhe më pak i rrezikshëm për të përshpejtuar një reagim sesa rritja e temperaturës. Kjo tregohet qartë nga shembulli i reaksioneve kimike në organizmat e gjallë. Reaksionet, si hidroliza e proteinave, të cilat në laboratorë duhet të kryhen me ngrohje të zgjatur deri në temperaturën e vlimit, ndodhin gjatë procesit të tretjes pa u ngrohur në temperaturën e trupit.
Fenomeni i katalizës u vëzhgua për herë të parë nga kimisti francez L. J. Tenard (1777-1857) në vitin 1818. Ai zbuloi se oksidet e disa metaleve, kur i shtohen një tretësire të peroksidit të hidrogjenit, shkaktojnë zbërthimin e tij. Ky eksperiment mund të riprodhohet lehtësisht duke shtuar kristalet e permanganatit të kaliumit në një zgjidhje 3% të peroksidit të hidrogjenit. Kripa KMn0 4 shndërrohet në Mn0 2, dhe oksigjeni lirohet shpejt nga tretësira nën veprimin e oksidit:
Efekti i drejtpërdrejtë i katalizatorit në shpejtësinë e reagimit shoqërohet me një ulje të energjisë së aktivizimit. Në temperatura normale a ka ulje? dhe me 20 kJ/mol rrit konstantën e shpejtësisë afërsisht 3000 herë. Degradimi E L mund të jetë shumë më i fortë. Sidoqoftë, një rënie në energjinë e aktivizimit është një manifestim i jashtëm i veprimit të katalizatorit. Reagimi karakterizohet nga një vlerë e caktuar E. v e cila mund të ndryshojë vetëm nëse ndryshon vetë reagimi. Gjatë dhënies së produkteve të njëjta, reaksioni me pjesëmarrjen e substancës së shtuar ndjek një rrugë tjetër, nëpër faza të tjera dhe me një energji të ndryshme aktivizimi. Nëse në këtë rrugë të re energjia e aktivizimit është më e ulët dhe reagimi është në përputhje me rrethanat më i shpejtë, atëherë themi se kjo substancë është një katalizator.
Katalizatori ndërvepron me një nga reagentët, duke formuar një përbërje të ndërmjetme. Në një nga fazat pasuese të reaksionit, katalizatori rigjenerohet - ai e lë reaksionin në formën e tij origjinale. Reagentët, që marrin pjesë në reaksionin katalitik, vazhdojnë të ndërveprojnë me njëri-tjetrin në një mënyrë të ngadaltë pa pjesëmarrjen e një katalizatori. Prandaj, reaksionet katalitike i përkasin një lloji të reaksioneve komplekse të quajtura reaksione seri-paralele. Në Fig. Figura 11.8 tregon varësinë e konstantës së shpejtësisë nga përqendrimi i katalizatorit. Grafiku i varësisë nuk kalon në zero, pasi në mungesë të një katalizatori reaksioni nuk ndalet.
Oriz. 11.8.
konstante e vërejtur k shprehur me shumën k u+ & k c(K)
Shembulli 11.5. Në një temperaturë prej -500 °C, reaksioni i oksidimit të oksidit të squfurit (1U)
e cila është një nga fazat e prodhimit industrial të acidit sulfurik, ecën shumë ngadalë. Një rritje e mëtejshme e temperaturës është e papranueshme, pasi ekuilibri zhvendoset në të majtë (reaksioni është ekzotermik) dhe rendimenti i produktit zvogëlohet shumë. Por ky reagim përshpejtohet nga katalizatorë të ndryshëm, njëri prej të cilëve mund të jetë oksidi nitrik (N). Së pari katalizatori reagon me oksigjenin: 
dhe pastaj transferon atomin e oksigjenit në oksid squfuri (1U):
Kjo formon produktin përfundimtar të reaksionit dhe rigjeneron katalizatorin. Mundësia e rrjedhjes përgjatë një rruge të re u hap për reaksionin, në të cilin konstantet e shpejtësisë u rritën ndjeshëm:
Diagrami më poshtë tregon të dy rrugët e procesit të oksidimit S0 2. Në mungesë të një katalizatori, reaksioni vazhdon vetëm përgjatë rrugës së ngadaltë, dhe në prani të një katalizatori, përmes të dyve.
Ekzistojnë dy lloje të katalizës - homogjene Dhe heterogjene. Në rastin e parë, katalizatori dhe reagentët formojnë një sistem homogjen në formën e një përzierjeje ose tretësire gazi. Një shembull i oksidimit të oksidit të squfurit është kataliza homogjene. Shpejtësia e një reaksioni katalitik homogjen varet nga përqendrimet e reaktantëve dhe nga përqendrimi i katalizatorit.
Në katalizën heterogjene, katalizatori është një substancë e ngurtë në formë të pastër ose e mbështetur bartëse. Për shembull, platini si katalizator mund të fiksohet në asbest, oksid alumini, etj. Molekulat e reaktantëve absorbohen (përthithen) nga një gaz ose tretësirë në pika të veçanta në sipërfaqen e katalizatorit - qendra aktive dhe aktivizohen në të njëjtën kohë. Pas transformimit kimik, molekulat e produktit që rezultojnë desorbohen nga sipërfaqja e katalizatorit. Aktet e transformimit të grimcave përsëriten në qendrat aktive. Ndër faktorët e tjerë, shpejtësia e një reaksioni katalitik heterogjen varet nga sipërfaqja e materialit katalitik.
Kataliza heterogjene përdoret veçanërisht gjerësisht në industri. Kjo shpjegohet me lehtësinë e kryerjes së një procesi të vazhdueshëm katalitik kur një përzierje e reagentëve kalon përmes një aparati kontakti me një katalizator.
Katalizatorët veprojnë në mënyrë selektive, duke përshpejtuar një lloj reagimi shumë specifik apo edhe një reagim të veçantë dhe pa ndikuar tek të tjerët. Kjo lejon përdorimin e katalizatorëve jo vetëm për të përshpejtuar reaksionet, por edhe për shndërrimin e synuar të substancave fillestare në produktet e dëshiruara. Metani dhe uji në 450 °C në katalizatorin Fe 2 0 3 shndërrohen në dioksid karboni dhe hidrogjen:
Të njëjtat substanca në 850 °C reagojnë në sipërfaqen e nikelit për të formuar monoksid karboni (II) dhe hidrogjen:
Kataliza është një nga ato fusha të kimisë në të cilën ende nuk është e mundur të bëhen parashikime të sakta teorike. Të gjithë katalizatorët industrialë për përpunimin e produkteve të naftës, gazit natyror, prodhimit të amoniakut dhe shumë të tjerë janë zhvilluar në bazë të kërkimeve eksperimentale intensive të punës dhe që kërkojnë kohë.
Aftësia për të kontrolluar shpejtësinë e proceseve kimike është e paçmueshme në aktivitetin ekonomik njerëzor. Kur prodhohen produkte kimike në mënyrë industriale, zakonisht është e nevojshme të rritet shpejtësia e proceseve kimike teknologjike, dhe gjatë ruajtjes së produkteve, është e nevojshme të zvogëlohet shpejtësia e dekompozimit ose ekspozimit ndaj oksigjenit, ujit, etj. Ka substanca të njohura që mund të ngadalësojnë reaksionet kimike. Ata janë quajtur frenuesit, ose katalizatorë negativë. Frenuesit janë thelbësisht të ndryshëm nga katalizatorët e vërtetë në atë që ata reagojnë me specie aktive (radikale të lira), të cilat për një arsye ose një tjetër lindin në substancë ose mjedisin e saj dhe shkaktojnë reaksione të vlefshme dekompozimi dhe oksidimi. Frenuesit konsumohen gradualisht, duke ndërprerë efektin e tyre mbrojtës. Lloji më i rëndësishëm i frenuesve janë antioksidantët, të cilët mbrojnë materiale të ndryshme nga ekspozimi ndaj oksigjenit.
Vlen gjithashtu të kujtojmë se çfarë nuk mund të arrihet me ndihmën e katalizatorëve. Ata janë të aftë të përshpejtojnë vetëm reagimet spontane. Nëse reaksioni nuk ndodh spontanisht, atëherë katalizatori nuk do të jetë në gjendje ta përshpejtojë atë. Për shembull, asnjë katalizator nuk mund të shkaktojë dekompozimin e ujit në hidrogjen dhe oksigjen. Ky proces mund të realizohet vetëm me elektrolizë, që kërkon punë elektrike.
Katalizatorët gjithashtu mund të aktivizojnë procese të padëshiruara. Në dekadat e fundit, ka pasur një shkatërrim gradual të shtresës së ozonit të atmosferës në një lartësi prej 20-25 km. Supozohet se disa substanca janë të përfshira në zbërthimin e ozonit, siç janë hidrokarburet e halogjenizuara të emetuara në atmosferë nga ndërmarrjet industriale dhe ato që përdoren për qëllime shtëpiake.
Një nga ndikimet më efektive në reaksionet kimike është përdorimi i një katalizatori. Katalizatorët janë substanca që përshpejtojnë reaksionet kimike. Prania e katalizatorëve ndryshon shpejtësinë e reagimit me mijëra dhe madje miliona herë. Katalizatorët marrin pjesë në mënyrë aktive në një reaksion kimik, por ndryshe nga reagentët, ata mbeten të pandryshuar në fund të reaksionit.
- këto janë substanca që ndryshojnë shpejtësinë e një reaksioni, por nuk konsumohen vetë gjatë reaksionit dhe nuk janë pjesë e produkteve përfundimtare.
Një karakteristikë e rëndësishme e një reaksioni katalitik (katalizë) është homogjeniteti ose heterogjeniteti i katalizatorit dhe reaktantëve. Ka procese katalitike homogjene dhe heterogjene. Në katalizën homogjene (homogjene), nuk ka ndërfaqe midis reaktantëve dhe katalizatorit. Në këtë rast, kataliza ndodh përmes formimit të produkteve të ndërmjetme të paqëndrueshme.
Për shembull, substanca A duhet të reagojë me substancën B. Megjithatë, kërkohet nxehtësi e lartë për të filluar reaksionin, dhe reaksioni pastaj vazhdon ngadalë. Pastaj katalizatori zgjidhet në atë mënyrë që të formojë një përbërje aktive të ndërmjetme me substancën A, e cila më pas mund të reagojë fuqishëm me substancën B:
A+ mace. = A ∙ Cat.
Një ∙ mace. + B = AB ∙ Cat.
Mace.
A+B=AB
Proceset në të cilat katalizatori dhe substancat e katalizuara janë në gjendje të ndryshme grumbullimi quhen kataliza heterogjene (jo uniforme). Kur reagentët e gaztë ose të lëngët absorbohen në sipërfaqen e katalizatorit, lidhjet kimike dobësohen dhe aftësia e këtyre substancave për të ndërvepruar rritet.
Efekti përshpejtues i katalizatorit është të ulë energjinë e aktivizimit të reaksionit kryesor. Secili nga proceset e ndërmjetme që përfshijnë një katalizator ndodh me një energji aktivizimi më të ulët se një reaksion jo i katalizuar. Kataliza hap një rrugë të ndryshme që një reaksion kimik të vazhdojë nga materialet fillestare në produktet e reaksionit.
Përvoja tregon se katalizatorët janë rreptësisht specifikë për reaksione specifike. Për shembull, në reagim:
N 2 + 3H 2 = Fe 2NH 3
Katalizatori është hekuri metalik, dhe në reaksionin e oksidimit të oksidit të squfurit (IV) në oksid squfuri (VI), katalizatori është oksidi i vanadiumit (V) V 2 O 5 . Platini, nikeli, paladiumi dhe oksidi i aluminit përdoren shpesh si katalizatorë. Për të përshpejtuar procesin e dekompozimit të peroksidit të hidrogjenit, oksidi i manganit (IV) përdoret si katalizator. Nëse shtoni pak oksid mangani (IV) në një gotë me një tretësirë të peroksidit të hidrogjenit, shkumëzimi i dhunshëm i lëngut ndodh menjëherë si rezultat i çlirimit të oksigjenit.
Katalizatori për reaksionin midis aluminit dhe jodit është uji i zakonshëm. Nëse i shtohet ujë një përzierjeje alumini dhe jodi, substancat në përzierje reagojnë në mënyrë të dhunshme.
Ka substanca që mund të ngadalësojnë një reaksion kimik - kryejnë të ashtuquajturën katalizë negative. Ata quhen frenues. Substancat e tilla përdoren kur është e nevojshme për të ngadalësuar disa procese, për shembull, korrozioni i metaleve, oksidimi i sulfurit gjatë ruajtjes, etj.
Duhet të aktivizoni JavaScript për të votuarLeksioni 7
Kataliza
Kataliza ka gjetur aplikim të gjerë në industrinë kimike, veçanërisht në teknologjinë e substancave inorganike. Kataliza– ngacmimi i reaksioneve kimike ose ndryshimi i shpejtësisë së tyre nën ndikimin e substancave - katalizatorëve, të cilët në mënyrë të përsëritur hyjnë në ndërveprim kimik me pjesëmarrësit e reaksionit dhe rivendosin përbërjen e tyre kimike pas çdo cikli ndërveprimi. Ka substanca që ulin shpejtësinë e reaksionit, të quajtur frenues ose katalizator negativ. Katalizatorët nuk e ndryshojnë gjendjen e ekuilibrit në sistem, por vetëm lehtësojnë arritjen e tij. Një katalizator mund të përshpejtojë njëkohësisht reaksionet e përparme dhe të kundërta, por konstanta e ekuilibrit mbetet konstante. Me fjalë të tjera, katalizatori nuk mund të ndryshojë ekuilibrin e reaksioneve të kthyeshme termodinamikisht të pafavorshme në të cilat ekuilibri zhvendoset drejt substancave fillestare.
Thelbi i efektit përshpejtues të katalizatorëve është të zvogëlojë energjinë e aktivizimit Ea të një reaksioni kimik duke ndryshuar rrugën e reagimit në prani të një katalizatori. Për reaksionin e shndërrimit të A në B, rruga e reagimit mund të përfaqësohet si më poshtë:
A + K AK
VK V + K
Siç mund të shihet nga Figura 1, faza e dytë e mekanizmit është kufizuese, pasi ka energjinë më të lartë të aktivizimit E cat, por dukshëm më të ulët se për procesin jo-katalitik E ne cat.
Energjia e aktivizimit zvogëlohet për shkak të kompensimit të energjisë së thyerjes së lidhjeve të molekulave reaguese me energjinë e formimit të lidhjeve të reja me katalizatorin. Një karakteristikë sasiore e uljes së energjisë së aktivizimit, dhe për rrjedhojë e efikasitetit të katalizatorit, mund të jetë shkalla e kompensimit për energjinë e lidhjeve të thyera Di:
= (Di – E cat)/Di (1)
Sa më e ulët të jetë energjia e aktivizimit të procesit katalitik, aq më e lartë është shkalla e kompensimit.
Njëkohësisht me uljen e energjisë së aktivizimit, në shumë raste ka një ulje të rendit të reaksionit. Ulja e rendit të reaksionit shpjegohet me faktin se në prani të një katalizatori, reaksioni vazhdon në disa faza elementare, rendi i të cilave mund të jetë më i vogël se rendi i reaksioneve jo-katalitike.
Llojet e katalizës
Në bazë të gjendjes fazore të reagentëve dhe katalizatorit, proceset katalitike ndahen në homogjene dhe heterogjene. Në katalizën homogjene, katalizatori dhe reaktantët janë në të njëjtën fazë (gaz ose lëng në katalizën heterogjene, ato janë në faza të ndryshme); Shpesh, sistemi i reagimit të një procesi katalitik heterogjen përbëhet nga tre faza në kombinime të ndryshme, për shembull, reaktantët mund të jenë në fazat e gazit dhe të lëngët, dhe katalizatori mund të jetë në fazën e ngurtë.
Një grup i veçantë përfshin proceset katalitike enzimatike (biologjike), të zakonshme në natyrë dhe të përdorura në industri për prodhimin e proteinave të ushqimit, acideve organike, alkooleve, si dhe për trajtimin e ujërave të zeza.
Reaksionet katalitike acid-bazë ndodhin si rezultat i ndërveprimit protolitik të ndërmjetëm të reaktantëve me katalizatorin ose ndërveprimit që përfshin një palë të vetme elektronesh (heterolitike). Kataliza heterolitike vazhdon me një këputje të lidhjes kovalente në të cilën, ndryshe nga reaksionet homolitike, çifti elektronik që kryen lidhjen mbetet tërësisht ose pjesërisht me një nga atomet ose një grup atomesh. Aktiviteti katalitik varet nga lehtësia e transferimit të një protoni në reagjent (kataliza e acidit) ose abstraksioni i një protoni nga reagjenti (kataliza bazë) në aktin e parë të katalizimit. Sipas mekanizmit acido-bazik, ndodhin reaksione katalitike të hidrolizës, hidratimit dhe dehidrimit, polimerizimit, polikondensimit, alkilimit, izomerizimit, etj. ose komponimet e elementeve të grupit të parë dhe të dytë të tabelës periodike, që kanë veti themelore. Hidratimi i etilenit nga mekanizmi acid-bazë me pjesëmarrjen e katalizatorit acid NA kryhet si më poshtë: në fazën e parë, katalizatori shërben si dhurues i protonit.
CH 2 =CH 2 + HA CH 3 -CH 2 + + A -
Faza e dytë është hidratimi aktual
CH 3 -CH 2 + + HONCH 3 CH 2 OH + H +
Faza e tretë - rigjenerimi i katalizatorit
N + + A - NA.
Reaksionet redoks dhe acid-bazë mund të konsiderohen sipas mekanizmit radikal, sipas të cilit lidhja e fortë e rrjetës molekulë-katalizator e formuar gjatë kimisorbimit nxit shpërbërjen e molekulave reaguese në radikale. Në katalizën heterogjene, radikalet e lira, duke migruar mbi sipërfaqen e katalizatorit, formojnë molekula neutrale të produktit, të cilat desorbohen.
Ekziston edhe fotokataliza, ku procesi inicohet nga ekspozimi ndaj dritës.
Meqenëse kataliza heterogjene në katalizatorët e ngurtë është më e zakonshme në kiminë inorganike, ne do të ndalemi në të më në detaje. Procesi mund të ndahet në disa faza:
1) difuzioni i jashtëm i substancave reaguese nga thelbi i rrjedhës në sipërfaqen e katalizatorit në pajisjet industriale, difuzioni turbulent (konvektiv) zakonisht mbizotëron mbi molekularin;
2) difuzioni i brendshëm në poret e kokrrës së katalizatorit, në varësi të madhësisë së poreve të katalizatorit dhe madhësisë së molekulave të reagjentit, difuzioni mund të ndodhë me mekanizmin molekular ose me mekanizmin Knudsen (me lëvizje të kufizuar);
3) adsorbimi i aktivizuar (kimik) i një ose më shumë reaktantëve në sipërfaqen e katalizatorit me formimin e një përbërje kimike sipërfaqësore;
4) rirregullimi i atomeve për të formuar një kompleks sipërfaqësor produkt-katalizator;
5) desorbimi i produktit të katalizatorit dhe rigjenerimi i qendrës aktive të katalizatorit për një numër katalizatorësh, jo e gjithë sipërfaqja e tij është aktive, por zona individuale - qendra aktive;
6) difuzioni i produktit në poret e katalizatorit;
7) difuzioni i produktit nga sipërfaqja e kokrrës së katalizatorit në rrjedhën e gazit.
Shpejtësia e përgjithshme e një procesi katalitik heterogjen përcaktohet nga ritmet e fazave individuale dhe kufizohet nga më të ngadaltët prej tyre. Duke folur për fazën që kufizon procesin, supozohet se fazat e mbetura vazhdojnë aq shpejt sa në secilën prej tyre arrihet praktikisht ekuilibri. Shpejtësitë e fazave individuale përcaktohen nga parametrat e procesit teknologjik. Bazuar në mekanizmin e procesit në tërësi, duke përfshirë vetë reaksionin katalitik dhe fazat e difuzionit të transferimit të substancave, dallohen proceset që ndodhin në rajonet kinetike, të difuzionit të jashtëm dhe të difuzionit të brendshëm. Shpejtësia e procesit në rastin e përgjithshëm përcaktohet nga shprehja:
d/d = k c(2)
ku c është forca lëvizëse e procesit, e barabartë me produktin e përqendrimeve efektive të substancave reaguese për një proces që ndodh në fazën e gazit, forca lëvizëse shprehet në presione të pjesshme të substancave reaguese p; norma konstante.
Në përgjithësi, konstanta e normës varet nga shumë faktorë:
k = f (k 1 , k 2 , k nën, …..D dhe, D dhe / ,D p, ….) (3)
ku k 1 , k 2 , k ab janë konstantet e shpejtësisë së reaksioneve të drejtpërdrejta, të kundërta dhe anësore D dhe, D dhe / , D p janë koeficientët e difuzionit të substancave fillestare dhe produktit, të cilët përcaktojnë vlerën e k në; rajonet e difuzionit të jashtëm ose të brendshëm të procesit.
NË rajoni kinetik k nuk varet nga koeficientët e difuzionit. Ekuacioni i përgjithshëm kinetik për shpejtësinë e një procesi katalitik të gazit, duke marrë parasysh ndikimin e parametrave kryesorë të regjimit teknologjik në shpejtësinë:
u = kvpP n 0 = k 0 e -Ea/RT vpP n 0 (4)
ku v është shpejtësia e rrjedhës së gazit, p është forca lëvizëse e procesit në P0,1 MPa (1 at), P është raporti i presionit të punës me presionin normal atmosferik, domethënë një sasi pa dimension, 0 është faktori i konvertimit në presion dhe temperaturë normale, n - rendi i reagimit.
Mekanizmi i fazave kimike përcaktohet nga natyra e reaktantëve dhe katalizatorit. Procesi mund të kufizohet nga kimisorbimi i një prej reaktantëve nga sipërfaqja e katalizatorit ose desorbimi i produkteve të reaksionit. Shpejtësia e reaksionit mund të kontrollohet nga formimi i një kompleksi të aktivizuar të ngarkuar. Në këto raste, ngarkimi i sipërfaqes së katalizatorit nën ndikimin e disa faktorëve ka një ndikim të rëndësishëm në rrjedhën e reaksionit. Në rajonin kinetik, proceset ndodhin kryesisht në katalizatorë me aktivitet të ulët, me kokrriza të imta me pore të mëdha në një rrjedhë të turbullt të reagentëve, si dhe në temperatura të ulëta afër temperaturave të ndezjes së katalizatorit. Për reaksionet në lëngje, kalimi në rajonin kinetik mund të ndodhë edhe me një rritje të temperaturës për shkak të një ulje të viskozitetit të lëngut dhe, rrjedhimisht, një përshpejtim të difuzionit. Me rritjen e temperaturës, zvogëlohet shkalla e lidhjes, tretjes dhe hidratimit të molekulave të reagjentit në tretësirë, gjë që çon në një rritje të koeficientëve të difuzionit dhe, në përputhje me rrethanat, një kalim nga rajoni i difuzionit në rajonin kinetik. Reaksionet rendi i përgjithshëm i të cilave është më i lartë se uniteti karakterizohen nga një kalim nga rajoni i difuzionit në rajonin kinetik me një rënie të konsiderueshme në përqendrimin e reagentëve fillestarë. Kalimi i procesit nga rajoni kinetik në rajonin e difuzionit të jashtëm mund të ndodhë me një ulje të shpejtësisë së rrjedhës, një rritje të përqendrimit dhe një rritje të temperaturës.
Në rajoni i difuzionit të jashtëm Para së gjithash, proceset zhvillohen në katalizatorë shumë aktivë, të cilët sigurojnë një reagim të shpejtë dhe rendiment të mjaftueshëm të produktit gjatë kohës së kontaktit të reagentëve me katalizatorët, të matur në fraksione të sekondës. Reagimi shumë i shpejtë ndodh pothuajse tërësisht në sipërfaqen e jashtme të katalizatorit. Në këtë rast, nuk këshillohet të përdorni kokrra poroze me një sipërfaqe të brendshme shumë të zhvilluar, por duhet të përpiqeni të zhvilloni sipërfaqen e jashtme të katalizatorit. Kështu, kur oksidohet amoniaku në platin, ky i fundit përdoret në formën e rrjetave shumë të imta që përmbajnë mijëra gërshetime tela platini. Mjeti më efektiv për përshpejtimin e proceseve që ndodhin në rajonin e difuzionit të jashtëm është përzierja e reagentëve, e cila shpesh arrihet duke rritur shpejtësinë lineare të reagentëve. Turbulizimi i fortë i rrjedhës çon në një kalim të procesit nga rajoni i difuzionit të jashtëm në rajonin e difuzionit të brendshëm (me katalizatorë të trashë, porozë të imët) ose në rajonin kinetik.
ku G është sasia e substancës e transferuar me kalimin e kohës në drejtimin x pingul me sipërfaqen e kokrrizit të katalizatorit në përqendrimin c të komponentit difuzues në thelbin e rrjedhës së reagentit, S është sipërfaqja e jashtme e lirë e katalizatorit, dc/dx është gradienti i përqendrimit.
Janë propozuar një numër i madh metodash dhe ekuacionesh për përcaktimin e koeficientëve të difuzionit të substancave në media të ndryshme. Për një përzierje binare të substancave A dhe B sipas Arnold
ku T është temperatura, K; M A, M B - masa molare e substancave A dhe B, g/mol v A, v B - vëllime molare të substancave; P - presioni total (0,1 M Pa); C A+B është konstanta e Sutherland.
Konstanta e Sutherland është:
C A+B = 1,47(T A / +T B /) 0,5 (7)
G 
de T A /, T B / - temperaturat e vlimit të përbërësve A dhe B, K.
Për gazet A dhe B me vlera të afërta të vëllimeve molare, mund të marrim =1, dhe me një ndryshim domethënës midis tyre, 1.
Koeficienti i difuzionit në median e lëngshme D g mund të përcaktohet me formulë
ku është viskoziteti i tretësit, PaC; M andv - masa molare dhe vëllimi molar i substancës difuzuese; xa është një parametër që merr parasysh lidhjen e molekulave në tretës.
Në rajoni intradifuzion, domethënë, kur shpejtësia e përgjithshme e procesit është e kufizuar nga difuzioni i reagentëve në poret e kokrrës së katalizatorit, ekzistojnë disa mënyra për të përshpejtuar procesin. Është e mundur të zvogëlohet madhësia e kokrrave të katalizatorit dhe, në përputhje me rrethanat, rruga e molekulave në mes të kokrrës është e mundur nëse ato lëvizin njëkohësisht nga shtresa e filtrit në atë të vluar. Është e mundur të prodhohen katalizatorë porozë të mëdhenj për një shtresë fikse pa reduktuar madhësinë e kokrrizave për të shmangur një rritje të rezistencës hidraulike, por kjo në mënyrë të pashmangshme do të zvogëlojë sipërfaqen e brendshme dhe, në përputhje me rrethanat, do të zvogëlojë intensitetin e katalizatorit në krahasim me një katalizator me grimca të imta. , katalizator i madh poroz. Mund të përdorni një masë kontakti në formë unaze me një trashësi të vogël muri. Së fundi, katalizatorët bidisperse ose polidisperse, në të cilët poret e mëdha janë rrugë transporti në sipërfaqen shumë të zhvilluar të krijuar nga poret e holla. Në të gjitha rastet, ata përpiqen të zvogëlojnë thellësinë e depërtimit të reagentëve në pore (dhe produktet nga poret) aq sa të eliminojnë frenimin intra-difuzion dhe të lëvizin në rajonin kinetik, kur shpejtësia e procesit përcaktohet vetëm nga shkalla e akteve kimike aktuale të katalizës, domethënë adsorbimi i reagentëve nga qendrat aktive, formimi i produkteve dhe desorbimi i tij. Shumica e proceseve industriale që ndodhin në shtratin e filtrit pengohen nga difuzioni i brendshëm, për shembull proceset katalitike në shkallë të gjerë të reformimit të avullit metan, konvertimi i monoksidit të karbonit, sinteza e amoniakut, etj.
Koha e nevojshme për difuzionin e një komponenti në poret e katalizatorit në një thellësi l mund të përcaktohet duke përdorur formulën e Ajnshtajnit:
= l 2 /2D e (10)
Koeficienti efektiv i difuzionit në pore përcaktohet afërsisht në varësi të raportit të madhësive të poreve dhe rrugës së lirë të molekulave. Në mjediset e gazta, kur rruga mesatare e lirë e një molekule përbërëse është më e vogël se diametri ekuivalent i poreve d=2r (2r), supozohet se difuzioni normal molekular ndodh në poret D e =D, i cili llogaritet me formula:
Në një mënyrë lëvizjeje të kufizuar, kur 2r, D e =D k përcaktohet duke përdorur formulën e përafërt të Knudsen:
(
12)
ku r është rrezja tërthore e poreve.
(
13)
Difuzioni në poret e një katalizatori në media të lëngshme është shumë i vështirë për shkak të një rritje të fortë të viskozitetit të tretësirës në kanale të ngushta (viskozitet jonormal), prandaj, katalizatorët e shpërndarë, domethënë grimcat e vogla jo poroze, përdoren shpesh për kataliza në lëngje. Në shumë procese katalitike, me ndryshime në përbërjen e përzierjes së reaksionit dhe parametrave të tjerë të procesit, mekanizmi i katalizimit, si dhe përbërja dhe aktiviteti i katalizatorit, mund të ndryshojnë, prandaj është e nevojshme të merret parasysh mundësia e ndryshimit natyra dhe shpejtësia e procesit edhe me një ndryshim relativisht të vogël në parametrat e tij.
Katalizatorët mund të rrisin konstanten e shpejtësisë së reaksionit për një kohë të pacaktuar, por ndryshe nga temperatura, katalizatorët nuk ndikojnë në shpejtësinë e difuzionit. Prandaj, në shumë raste, me një rritje të konsiderueshme të shpejtësisë së reagimit, shkalla e përgjithshme mbetet e ulët për shkak të furnizimit të ngadaltë të komponentëve në zonën e reagimit.
Struktura dhe përbërja e katalizatorëve
Katalizatorët industrialë janë shpesh sisteme me shumë komponentë. Komponentët e katalizatorit mund të jenë në forma të ndryshme: në formën e përbërjeve elementare (metale, qymyr), okside, sulfide, halogjene, si dhe komponime komplekse (enzima, komplekse metalesh me ligandë organikë). Kompleksiteti i përbërjes së katalizatorëve është për faktin se aktiviteti katalitik i dy ose më shumë komponimeve nuk është aditiv, por merr një vlerë ekstreme, të ashtuquajturin "efekt sinergjik". Një nga mënyrat për të rritur aktivitetin e një katalizatori është promovimi i tij - duke shtuar një substancë në katalizator ( promotor), i cili në vetvete nuk ka veti katalitike, por rrit aktivitetin e katalizatorit. Ekzistojnë dy lloje të promovuesve: elektronik dhe strukturor.
Promotorët elektronikë
Mekanizmi i veprimit të tyre zvogëlohet në një ndryshim në gjendjet elektronike në kristalet e katalizatorit dhe një ulje të funksionit të punës së elektroneve. Promotorët elektronikë ndryshojnë strukturën dhe përbërjen kimike të fazës aktive, duke formuar qendra aktive të një natyre të re kimike në sipërfaqen e katalizatorit, dhe për këtë arsye natyra dhe shpejtësia e fazave elementare të proceseve katalitike, dhe nganjëherë një ndryshim në selektivitet, ndryshojnë. . Për shembull, shtimi i K 2 O në një katalizator të sintezës së amoniakut nxit desorbimin e amoniakut, i cili çon në një rritje të aktivitetit katalitik specifik të katalizatorit.
Promotorët strukturorë
Ata stabilizojnë fazën aktive të katalizatorit në lidhje me sinterimin, shkatërrimin mekanik ose kimik. Për shembull, oksidi i aluminit, kur i shtohet një katalizatori hekuri për sintezën e amoniakut, ndërvepron me Fe 3 O 4 duke formuar një rrjetë kristal spinel FeAl 2 O 4, duke parandaluar kështu procesin e rikristalizimit. Për më tepër, shtimi i 8-10% Al 2 O 3 çon në një rritje të sipërfaqes specifike të katalizatorit të hekurit nga 1 në 25-30 m 2 / g. Duhet të theksohet se, në varësi të sasisë së promotorit, ai mund të ketë një efekt nxitës dhe helmues në katalizator.
Shumica e adsorbentëve dhe katalizatorëve mund të ndahen në dy lloje bazuar në natyrën e makrostrukturës së tyre: sfungjer dhe xerogel. Katalizatorët sfungjer janë një trup i ngurtë i depërtuar nga pore konike, cilindrike dhe në formë shishe, të formuara kur produkte të avullueshme ose të tretshme lirohen nga ky trup si rezultat i tharjes ose trajtimit me lëngje dhe gazra agresivë (shpëlarje, reduktim, pjekje). Struktura poroze e xerogeleve përshkruhet nga modeli globular, sipas të cilit një substancë e ngurtë përbëhet nga grimca kontaktuese ose të shkrira, poret janë zbrazëtitë midis tyre. Në varësi të metodës së prodhimit, katalizatorët mund të përzihen ose aplikohen.
Katalizatorë të përzier
Në katalizatorët e përzier, përbërësit futen në sasi të krahasueshme dhe secili prej tyre është katalitikisht aktiv në lidhje me një reaksion të caktuar. Katalizatorët e përzier përftohen ose nga përzierja mekanike e përbërësve aktivë me ose pa trajtim termik pasues, ose nga bashkëprecipitimi i ndërmjetësve i ndjekur nga kalcinimi, për shembull, kur përdoren oksidet si katalizator. Një rritje në aktivitetin e një katalizatori të përzier mund të jetë për shkak të faktit se gjatë përgatitjes së tij përbërësit reagojnë me njëri-tjetrin për të formuar një përbërje të re, më aktive. Për shembull, një katalizator hekur-molibden për oksidimin e alkoolit metil në formaldehid është molibdati i hekurit, i marrë me një raport të molibdenit dhe oksideve të hekurit në një raport 1,5: 1. Një katalizator që përmban një raport të ndryshëm oksidi do të jetë më pak aktiv për shkak të ekzistenca e dy fazave: molibdati i hekurit dhe oksidet e tepërta MoO 3 dhe Fe 2 O 3 . Një rritje e aktivitetit mund të jetë pasojë e formimit të një zgjidhjeje të ngurtë të një komponenti në një tjetër ose aliazhit të tyre. Për shembull, futja e oksidit të zirkonit në oksidin e ceriumit, i cili është një katalizator për oksidimin e blozës, çon në një përmirësim të stabilitetit termik të katalizatorit dhe një rritje të aktivitetit për shkak të një rritje të lëvizshmërisë së oksigjenit të rrjetës.
Katalizatorët e mbështetur janë lloji më i zakonshëm i masave komplekse të kontaktit. Në to, përbërësi aktiv aplikohet në një mënyrë ose në një tjetër (ngopje, spërkatje, etj.) Në një substrat poroz - bartëse. Më shpesh, transportuesi është inert për një proces të caktuar dhe, ndryshe nga promotorët, përbën një pjesë të madhe të tij, megjithatë, shpesh përdoren bartës që kanë veti katalitike në proceset që kryhen. Duke përdorur një bartës, sipërfaqja e punës e katalizatorit rritet dhe kostoja e tij zvogëlohet. Transportuesi duhet të ketë vetitë e mëposhtme: pikë e lartë shkrirjeje, rezistencë ndaj nxehtësisë, forcë, strukturë poroze e zhvilluar, sipërfaqe specifike prej më shumë se 100 m 2 / g. Në disa raste, transportuesi ndërvepron me përbërësin aktiv, duke rritur aktivitetin e tij. Bartësit më të zakonshëm janë: zeolitet, oksidet e aluminit, silikoni, titani, qymyri.
Përbërja e kërkuar e masës së kontaktit përcaktohet kryesisht nga kushtet e procesit katalitik, përbërja e përzierjes fillestare, veçanërisht lagështia, prania e papastërtive të huaja inerte ose toksike, temperatura dhe hidrodinamika e procesit.
Karakteristikat e katalizatorit:
1. Aktiviteti katalizator
Si masë e aktivitetit, përdoret diferenca në shpejtësinë e një reaksioni kimik në prani të një katalizatori dhe pa të, duke marrë parasysh përqindjen e hapësirës së reagimit të zënë nga katalizatori dhe e paarritshme për substancat reaguese:
A 1 = mace - (1- mace) (14)
kjo shprehje mund të përdoret vetëm me një forcë lëvizëse konstante të procesit с.
Është më i përshtatshëm të përdoret raporti i ritmeve konstante të proceseve katalitike dhe jo-katalitike si masë e aktivitetit të katalizatorit:
A 2 = k mace / k = k 0 mace e -Ea cat /RT / k 0 e -Ea/RT = (k 0 mace /k 0) e - Ea/RT (15)
Katalizatorët aktivë sigurojnë intensitet të lartë të procesit (një shkallë e konsiderueshme konvertimi me shpejtësi të lartë të rrjedhës vëllimore). Aktiviteti karakterizohet nga një konstante e shpejtësisë së reagimit në varësi të k rrahjeve specifike të aktivitetit katalitik (për 1 m 2 sipërfaqe), e cila pasqyron natyrën kimike të katalizatorit, sipërfaqen specifike të brendshme të rrahjeve të katalizatorit S (m 2 / g ) dhe shkalla e përdorimit të tij :
k = k mundi S mundi (16)
Për të krahasuar aktivitetin e një katalizatori në një reaksion në kushte të ndryshme, ose për të krahasuar disa katalizatorë, raporti i sasisë së produktit të marrë për 1 orë punë për njësi vëllimi të katalizatorit përdoret si masë e aktivitetit.
A = G/ V(17)
2. Selektiviteti (përzgjedhja)
Selektiviteti i një katalizatori mund të karakterizohet si raporti i shkallës së formimit të produktit të synuar me shpejtësinë totale të transformimit të reaktantit kryesor në të gjitha drejtimet (nga të dhënat e kinetikës diferenciale), ose si raporti i sasisë së substanca e konvertuar në produktin e synuar në sasinë e saj totale që hyn në të gjitha reaksionet (nga të dhënat e integruara kinetike). Vlerat e larta të selektivitetit arrihen duke përdorur katalizatorë të një përbërje të caktuar kimike dhe strukturë poroze, duke siguruar forma dhe madhësi optimale të kokrrave, si dhe kushte hidrodinamike në reaktor. Kështu, nga një përzierje e CO dhe H 2 (gaz uji), në varësi të katalizatorit dhe kushteve të sintezës, mund të formohen produkte të ndryshme. Metani formohet mbi nikelin metalik në temperaturë të lartë;
3. Rezistenca mekanike
Forca e katalizatorit dhe aktiviteti i tyre shpesh janë në përpjesëtim të zhdrejtë. Një mënyrë e pranueshme për të rritur forcën e katalizatorëve është përdorimi i lidhësve të ndryshëm (ngjitës inorganik) që nuk ndikojnë negativisht në aktivitetin e tyre.
4. Rezistenca ndaj nxehtësisë
Rezistenca e katalizatorëve ndaj mbinxehjes është e rëndësishme për proceset me temperaturë të lartë. Gjatë procesit të rikristalizimit termik të katalizatorit ose mbështetjes së tij, sipërfaqja specifike, dhe për rrjedhojë edhe aktiviteti, zvogëlohet. Në mënyrë tipike, një katalizator karakterizohet nga temperatura maksimale në të cilën aktiviteti i tij mbetet për një kohë të gjatë, ose është dhënë vlera e humbjes relative të aktivitetit gjatë funksionimit në kushte më të rënda.
5. Sipërfaqja specifike
Sipërfaqja specifike e katalizatorëve të ndryshëm varion nga disa metra katrorë për gram në qindra. Sipërfaqja specifike e katalizatorit përcaktohet, nga njëra anë, nga madhësia e grimcave të substancës, dhe nga ana tjetër, nga poroziteti i saj. Poret e tranzicionit janë më të preferuarat për katalizim, pasi ato japin kontributin kryesor në sipërfaqen specifike. Në materialet mikroporoze, difuzioni i reaktantëve në sipërfaqen e katalizatorit dhe produkteve të reagimit prej tij është i vështirë. Katalizatorët që kanë një strukturë bidisperse (biporoze) kanë aktivitet të lartë, kur globulat e mëdhenj, midis të cilëve formohen poret e transportit, formohen nga rruzullat e vogla, duke krijuar një sipërfaqe specifike të lartë. Për të rritur aktivitetin e katalizatorit, këshillohet përdorimi i kokrrave më të vogla, gjë që bën të mundur rritjen e shkallës së përdorimit të kokrrave.
6. Rezistenca ndaj papastërtive të dëmshme (rezistenca ndaj helmit)
Helmet katalitike janë komponime, prania e të cilave në përzierjen e reaksionit mund të zvogëlojë ose të shtypë plotësisht aktivitetin e katalizatorit, duke shkaktuar "helmim" të katalizatorit. Në rast helmimi bllokohen qendrat aktive të katalizatorit. Helmimi mund të jetë i kthyeshëm ose i pakthyeshëm. Kështu, një katalizator platini helmohet nga CO dhe CS 2, megjithatë, kur shtohet në një përzierje të pastër të substancave fillestare, helmet janë desorbimi dhe aktiviteti rikthehet. Në rast helmimi me H 2 S dhe PH 3, platini çaktivizohet plotësisht, këtu helmi ndërvepron me katalizatorin për të formuar komponime të qëndrueshme.
7. Rezistencë e ulët hidraulike e shtresës.
Disavantazhi i përdorimit të granulave të vogla është rezistenca e lartë hidraulike. Mjeti për ta zvogëluar atë është rritja e proporcionit të vëllimit të lirë (porozitetit) të shtresës. Për këtë qëllim përdoren katalizatorë të formave të veçanta (cilindra të zbrazëta, yje, katalizatorë në formë huall mjalti). Me të njëjtin aktivitet si për një shtresë cilindrash të ngurtë konvencionale, këto forma bëjnë të mundur uljen e rezistencës hidraulike me 1.5 herë dhe zvogëlimin e ngarkesës në masë të katalizatorit me të njëjtën sasi. Sidoqoftë, forca mekanike e katalizatorëve të tillë është më e vogël, dhe gërryerja është më e madhe. Prandaj, dëshira për forma të reja me mure të hollë ka kufizime të rënda për sa i përket forcës, pasi gjobat e formuara gjatë shkatërrimit të katalizatorit mbushin hapësirën midis kokrrave, gjë që rrit ndjeshëm rezistencën hidraulike të shtresës.
Katalizatorët ndahen në homogjene Dhe heterogjene. Një katalizator homogjen është në të njëjtën fazë me substancat reaguese, një katalizator heterogjen formon një fazë të pavarur, të ndarë nga një ndërfaqe nga faza në të cilën ndodhen substancat reaguese. Katalizatorët tipikë homogjenë janë acidet dhe bazat. Metalet, oksidet dhe sulfidet e tyre përdoren si katalizatorë heterogjenë.
Reaksionet e të njëjtit lloj mund të ndodhin me katalizatorët homogjenë dhe heterogjenë. Kështu, së bashku me tretësirat acidike përdoren Al 2 O 3 të ngurtë, TiO 2, ThO 2, aluminosilikat dhe zeolite me veti acidike. Katalizatorë heterogjenë me veti themelore: CaO, BaO, MgO.
Katalizatorët heterogjenë, si rregull, kanë një sipërfaqe shumë të zhvilluar, për të cilën ato shpërndahen në një bartës inert (xheli silicë, oksid alumini, karboni i aktivizuar, etj.).
Për çdo lloj reaksioni, vetëm disa katalizatorë janë efektivë. Përveç atyre të përmendura tashmë acid-bazë, ka katalizatorë oksidim-reduktim; ato karakterizohen nga prania e një metali kalimtar ose përbërjes së tij (Co +3, V 2 O 5 + MoO 3). Në këtë rast, kataliza kryhet duke ndryshuar gjendjen e oksidimit të metalit kalimtar.
Shumë reaksione kryhen duke përdorur katalizatorë që veprojnë përmes koordinimit të reaktantëve në një atom ose jon metalik në tranzicion (Ti, Rh, Ni). Kjo katalizë quhet koordinimi.
Nëse katalizatori ka veti kirale, atëherë një produkt optikisht aktiv merret nga një substrat optikisht joaktiv.
Në shkencën dhe teknologjinë moderne ato përdorin shpesh sistemet me shumë katalizatorë, secila prej të cilave përshpejton fazat e ndryshme të reaksionit. Një katalizator gjithashtu mund të rrisë shpejtësinë e një faze të ciklit katalitik të kryer nga një katalizator tjetër. Këtu bëhet "kataliza e katalizës", ose kataliza e nivelit të dytë.
Në reaksionet biokimike, enzimat luajnë rolin e katalizatorëve.
Katalizatorët duhet të dallohen nga iniciatorët. Për shembull, peroksidet shpërbëhen në radikale të lira, të cilat mund të iniciojnë reaksione zinxhir radikale. Iniciatorët konsumohen gjatë reaksionit, kështu që ata nuk mund të konsiderohen katalizatorë.
mekanizmi katalizues: 1) lesh. hap pas hapi (ndryshimi në rrugën e reagimit) 2) asociativ 3) enzimatik 4) mikroheterogjen
Specifikimi i katalizës qëndron në faktin se në prani të një katalizatori ndryshon rruga përgjatë së cilës zhvillohet reaksioni i përgjithshëm, formohen gjendje të tjera tranzicioni me energji të ndryshme aktivizimi dhe për rrjedhojë ndryshon edhe shpejtësia e reaksioneve kimike. reagimet.
Përpunimi i drurit kërkon kosto të larta prodhimi, prandaj përdoren katalizatorë që përshpejtojnë procesin e transformimit kimik, rrisin rendimentin e produktit dhe zvogëlojnë emetimin e substancave të dëmshme. avantazhin e produktit katalizatorët janë se nuk kërkojnë shpenzime të mëdha.
28. Zgjidhje. Proceset gjatë formimit të tretësirave. Zgjidhje ideale dhe reale. Hidraton dhe tretës.
Zgjidhjet- sisteme homogjene (homogjene), domethënë secila prej përbërësve shpërndahet në masën e tjetrit në formën e molekulave, atomeve ose joneve.
Ndërveprimi ndërmjet një tretësi dhe një tretësie quhet zgjidhje(nëse tretësi është ujë - hidratimi).
Karakteristika energjetike e shpërbërjes është nxehtësia e formimit zgjidhje, konsiderohet si shuma algjebrike e efekteve termike të të gjitha fazave endo- dhe ekzotermike të procesit. Më të rëndësishmet prej tyre janë: - proceset e thithjes së nxehtësisë- shkatërrimi i rrjetës kristalore, thyerja e lidhjeve kimike në molekula; - proceset e gjenerimit të nxehtësisë- formimi i produkteve të bashkëveprimit të një lënde të tretur me një tretës (hidratet), etj.
TRETSITË, produkte të shtimit të një tretësi në substancat e tretura. Zakonisht solvatet formohen në një tretësirë, por shpesh (kur tretësira ftohet, tretësi avullon, etj.) të marra në formë kristalore. solvatet fazore-kristalore.
Hidratet janë produkte të shtimit të ujit në substanca inorganike dhe organike
Katalizaështë procesi i ndryshimit të shpejtësisë së një reaksioni kimik duke përdorur katalizatorë– që marrin pjesë në një reaksion kimik, por nuk përfshihen në përbërjen e produkteve përfundimtare dhe nuk konsumohen si rezultat i reaksionit.
Disa katalizatorë përshpejtojnë reaksionin ( kataliza pozitive ), të tjerët ngadalësojnë ( kataliza negative ). Kataliza negative quhet frenimi dhe katalizatorët që reduktojnë shpejtësinë e një reaksioni kimik - frenuesit.
Ka kataliza homogjene dhe heterogjene.
Kataliza homogjene.
Në katalizën homogjene (homogjene), reaktantët dhe katalizatori janë në të njëjtin pozicion dhe nuk ka asnjë ndërfaqe ndërmjet tyre. Shembull i katalizës homogjene - reaksioni i oksidimit SO 2 Dhe SO 3 në prani të një katalizatori NR(reaktantët dhe katalizatori janë gazra).
Kataliza heterogjene.
Në rastin e katalizës heterogjene (jo uniforme), reaktantët dhe katalizatori janë në gjendje të ndryshme grumbullimi dhe ekziston një ndërfaqe ndërmjet tyre. Zakonisht katalizatori është i ngurtë dhe reaktantët janë lëngje ose gazra. Shembull i katalizës heterogjene - oksidimi NN 3 përpara NR në prani Pt(katalizatori është një substancë e ngurtë).
Mekanizmi i veprimit të katalizatorëve
Efekti i katalizatorëve pozitivë është të zvogëlojë energjinë e aktivizimit të reaksionit E a(ref), efekti i inhibitorëve është i kundërt.
Po, për reagim 2 HI =H2+Unë 2 E a(ref) =184 kJ/mol. Kur ndodh ky reaksion në prani të një katalizatori? Au ose Pt, Kjo E a(ref) =104 kJ/mol, përkatësisht.
Mekanizmi i veprimit të katalizatorit në katalizën homogjene shpjegohet me formimin e përbërjeve të ndërmjetme midis katalizatorit dhe njërit prej reaktantëve. Më pas, ndërmjetësi reagon me një material të dytë fillestar për të prodhuar produktin e reaksionit dhe katalizatorin në formën e tij origjinale. Meqenëse shpejtësia e të dy proceseve të ndërmjetme është dukshëm më e madhe se shpejtësia e procesit të drejtpërdrejtë, reagimi me pjesëmarrjen e një katalizatori vazhdon shumë më shpejt sesa pa të.
Për shembull, reagimi:
SO 2 +1/2O 2 =SO 3 rrjedh shumë ngadalë, dhe nëse përdorni një katalizator NR
pastaj reagimet JO +1/2О 2 =JO 2 Dhe NO2+SO 2 =SO3+NR vazhdo shpejt.
Mekanizmi i veprimit të katalizatorit në katalizën heterogjene është i ndryshëm. Në këtë rast, reagimi ndodh për shkak të adsorbimi molekulat e substancave reaguese nga sipërfaqja e katalizatorit (sipërfaqja e katalizatorit është heterogjene: ka të ashtuquajturat qendrat aktive , mbi të cilat përthithen grimcat e substancave reaguese.). Një rritje në shpejtësinë e një reaksioni kimik arrihet kryesisht duke ulur energjinë e aktivizimit të molekulave të përthithura, dhe gjithashtu, pjesërisht, duke rritur përqendrimin e reaktantëve në vendet ku ka ndodhur adsorbimi.
Helmet dhe nxitësit katalitikë.
Disa substanca reduktojnë ose shkatërrojnë plotësisht aktivitetin e katalizatorit, substanca të tilla quhen helmet katalitike. Për shembull, papastërtitë e vogla të squfurit (0.1%) ndalojnë plotësisht efektin katalitik të katalizatorit metalik (hekuri sfungjer) i përdorur në sintezën e amoniakut. Substancat që rrisin aktivitetin e një katalizatori quhen nxitës. Për shembull, aktiviteti katalitik i hekurit sfungjer rritet ndjeshëm me shtimin e afërsisht 2% metaaluminat kaliumi KAlO2.
Aplikimi i katalizatorëve
Veprimi i katalizatorit është selektiv dhe specifik. Kjo do të thotë se duke përdorur katalizatorë të ndryshëm, mund të përftohen produkte të ndryshme nga të njëjtat substanca. Kjo është veçanërisht e vërtetë për reaksionet e substancave organike. Për shembull, në prani të një katalizatori AlO3 dehidratimi i alkoolit etilik ndodh në prani të Cu- dehidrogjenimi:
Katalizatorët biologjikë që marrin pjesë në transformimet komplekse kimike që ndodhin në trup quhen enzima.
Katalizatorët përdoren gjerësisht në prodhimin e acidit sulfurik, amoniakut, gomës, plastikës dhe substancave të tjera.
