Katalizatorlardan foydalanganda reaksiya yo'nalishi o'zgaradi. Katalizatorlarning kimyoviy reaktsiyalar tezligiga ta'siri
38. Kimyoviy reaktsiyalar tezligiga katalizatorning ta'siri. Katalizator ta'sirining sabablari.
Reaktsiya natijasida iste'mol qilinmaydigan, lekin uning tezligiga ta'sir etuvchi moddalar katalizatorlar deyiladi. Reaktsiya tezligini pasaytiruvchi katalizatorlar ingibitorlar deb ataladi. Katalizatorlarning kimyoviy reaktsiyalarga ta'siri deyiladi kataliz ... Katalizatorning mohiyati shundan iboratki, katalizator ishtirokida umumiy reaktsiya sodir bo'ladigan yo'l o'zgaradi, har xil faollik energiyasiga ega bo'lgan boshqa o'tish holatlari hosil bo'ladi va shuning uchun tezlik ham o'zgaradi. kimyoviy reaktsiya... Bir hil va bir xil bo'lmagan katalizni ajrating. Geterogen katalizda reaktsiya katalizator yuzasida davom etadi. Demak, katalizatorning faolligi uning sirtining kattaligi va xususiyatlariga bog'liq. Katta sirtga ega bo'lish uchun katalizator gözenekli tuzilishga ega bo'lishi yoki juda bo'laklangan holatda bo'lishi kerak. Katalizatorlar selektivligi bilan ajralib turadi: ular jarayonlarga tanlab ta'sir ko'rsatadi, uni ma'lum yo'nalishga yo'naltiradi. Salbiy kataliz korroziyani oldini olish uchun ishlatiladi.
39. Qaytariladigan jarayonlar. Kimyoviy muvozanat. Muvozanat doimiyligi.
Faqat bitta yo'nalishda davom etadigan va boshlang'ich reaksiyaga kiruvchi moddalarning oxirgi moddalarga to'liq aylanishi bilan tugaydigan reaktsiyalar deyiladi qaytarib bo'lmaydigan... 2KClO 3 = 2KCl + 3O 2 . Qaytariladigan shunday reaktsiyalar deyiladi, ular bir vaqtning o'zida o'zaro o'zaro bo'linadi qarama -qarshi yo'nalishlar... 3H 2 + N 2 ⇆ 2NH 3
Qaytariladigan reaktsiyalar to'liq davom etmaydi: reaktivlarning hech biri to'liq iste'mol qilinmaydi. Qaytariladigan jarayonlar: dastlab dastlabki moddalarni aralashtirganda to'g'ridan -to'g'ri reaktsiya tezligi yuqori, teskari tezligi esa nolga teng. Reaksiya davom etar ekan, boshlang'ich materiallar iste'mol qilinadi va ularning konsentratsiyasi pasayadi, natijada reaktsiya tezligi pasayadi. Shu bilan birga, reaktsiya mahsulotlari paydo bo'ladi, ularning konsentratsiyasi oshadi va shunga mos ravishda teskari reaktsiya tezligi oshadi. Oldinga va teskari reaktsiyalar tezligi bir xil bo'lganda, kimyoviy muvozanat yuzaga keladi. Bu dinamik muvozanat deb ataladi, chunki oldinga va teskari reaktsiyalar davom etadi, lekin bir xil tezlik tufayli tizimdagi o'zgarishlar sezilmaydi. Miqdoriy xususiyat kimyoviy muvozanat kimyoviy muvozanat konstantasi deb ataladigan miqdor vazifasini bajaradi. Muvozanat holatida to'g'ridan -to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligi teng bo'ladi, tizimda muvozanat konsentratsiyasi deb ataladigan dastlabki moddalar va reaktsiya mahsulotlarining doimiy kontsentratsiyasi o'rnatiladi. 2CO + O 2 = 2CO 2 uchun muvozanat konstantasini quyidagi tenglama bilan hisoblash mumkin: Birinchi yaqinlashuvdagi muvozanat konstantasining sonli qiymati bu reaksiyaning rentabelligini tavsiflaydi. Reaksiya rentabelligi - olingan modda miqdorining, agar reaktsiya oxirigacha davom etsa, olinadigan miqdorga nisbati. K >> 1 reaktsiya rentabelligi katta, K<10-6). В случае гетерогенных реакций в выражение константы равновесия входят концентрации только тех веществ, которые находятся в наиболее подвижной фазе. Катализатор не влияет на константу равновесия. Он может только ускорить наступление равновесия. K=e^(-ΔG/RT).
40. Balansning siljishiga turli omillarning ta'siri. Le Chatelier printsipi.
Agar tizim muvozanat holatida bo'lsa, u holda tashqi sharoit o'zgarmas ekan, unda qoladi. Muvozanatga ta'sir qiladigan har qanday sharoitni o'zgartirish jarayoni muvozanat siljishi deb ataladi.
Le printsipi: Agar tizim. topmoq. tashqi ta'sir ko'rsatish uchun muvozanatda, keyin xiyonat tizimi. bu ta'sirni qoplaydigan tarzda.
Natijalar: 1) Haroratning oshishi bilan. muvozanat o'zgardi. endotermik reaktsiya foydasiga.
2) bosim oshishi bilan muvozanat o'z o'rnini egallaydi. kichikroq hajmga (yoki undan kam mol soni)
3) Boshlang'ich moddalardan birining kontsentratsiyasi oshishi bilan muvozanat reaktsiya mahsulotlarining kontsentratsiyasining ortishi tomon siljiydi va aksincha.
Reaktsiyalarda qatnashadigan va tezligini oshiradigan, reaktsiyaning oxirigacha o'zgarmaydigan moddalar deyiladi katalizatorlar.
Bunday moddalar ta'sirida reaktsiya tezligining o'zgarishi hodisasi deyiladi kataliz... Katalizatorlar ta'sirida o'tadigan reaktsiyalar deyiladi katalitik
Ko'pgina hollarda, katalizatorning ta'siri reaktsiyaning faollashish energiyasini kamaytirishi bilan izohlanadi. Katalizator ishtirokida reaksiya boshqa bo'lmagan oraliq bosqichlardan o'tadi va bu bosqichlarga energetik jihatdan qulayroq bo'ladi. Boshqacha aytganda, katalizator ishtirokida boshqa faollashgan komplekslar paydo bo'ladi va katalizatorsiz paydo bo'ladigan faollashgan komplekslarning hosil bo'lishidan ko'ra, ularning hosil bo'lishi uchun kam energiya talab qilinadi. Shunday qilib, faollashtirish energiyasi keskin pasayadi: energiyasi faol to'qnashuvlar uchun etarli bo'lmagan ba'zi molekulalar endi faol bo'lib chiqadi.
Bir qator reaktsiyalar uchun oraliq mahsulotlar o'rganildi; qoida tariqasida, ular juda faol, beqaror mahsulotlardir.
Katalizatorlarning ta'sir qilish mexanizmi oraliq birikmalar hosil bo'lishi natijasida reaksiyaning faollashish energiyasining kamayishi bilan bog'liq. Katalizni quyidagicha ifodalash mumkin:
A + K = A ... K
A ... K + B = AB + K,
bu erda A ... K - oraliq faollashtirilgan birikma.
13.5 -rasm - Katalitik bo'lmagan A + B → AB reaktsiyasi (egri 1) va bir hil katalitik reaktsiya (egri 2) ning reaksiya yo'li tasviri.
Kimyo sanoatida katalizatorlar keng qo'llaniladi. Katalizatorlar ta'sirida reaktsiyalarni millionlab yoki undan ko'p marta tezlashtirish mumkin. Ba'zi hollarda, katalizatorlar ta'sirida, bunday sharoitda amalda ularsiz davom etmaydigan bunday reaktsiyalarni boshlash mumkin.
Ajratish bir hil va heterojen kataliz.
Qachon bir hil kataliz katalizator va reaktivlar bir fazani (gaz yoki eritma) hosil qiladi. Qachon heterojen kataliz katalizator tizimda mustaqil faza sifatida joylashgan.
Bir hil katalizga misollar:
1) SO 2 + 1 / 2O 2 = SO 3 ning NO ishtirokida oksidlanishi; NO osonlikcha NO 2 ga oksidlanadi va NO 2 allaqachon SO 2 ni oksidlaydi;
2) vodorod periksni suvli eritmadagi suv va kislorodga parchalanishi: vodorod peroksid parchalanishini katalizlovchi Cr 2 O 2 = 7, WO 2-4, MoO 2-4 ionlari, u bilan oraliq birikmalar hosil qilib, ular yana parchalanadi. kislorod chiqishi bilan.
Bir hil kataliz katalizator bilan oraliq reaktsiyalar orqali amalga oshiriladi va natijada yuqori faollik energiyasiga ega bo'lgan bir reaksiya bir necha bilan almashtiriladi, buning uchun faollik energiyasi pastroq, ularning tezligi yuqori bo'ladi:
CO + 1/2 O 2 = CO 2 (katalizator - suv bug'i).
Geterogen kataliz kimyo sanoatida keng qo'llaniladi. Hozirgi vaqtda ushbu sanoat tomonidan ishlab chiqarilayotgan mahsulotlarning aksariyati heterojen kataliz yordamida olinadi. Geterogen katalizda reaktsiya katalizator yuzasida davom etadi. Demak, katalizatorning faolligi uning sirtining kattaligi va xususiyatlariga bog'liq. Katta ("rivojlangan") sirtga ega bo'lish uchun katalizator gözenekli tuzilishga ega bo'lishi yoki juda bo'laklangan (juda tarqoq) holatda bo'lishi kerak. Amalda, katalizator odatda gözenekli tuzilishga ega bo'lgan tashuvchiga qo'llaniladi (pomza, asbest va boshqalar).
Bir hil katalizda bo'lgani kabi, heterojen katalizda ham reaktsiya faol oraliq moddalar orqali o'tadi. Ammo bu erda bu birikmalar reaktivlar bilan katalizatorning sirt birikmalaridir. Bu oraliq moddalar ishtirok etadigan bir qator bosqichlardan o'tib, reaktsiya yakuniy mahsulotlarning hosil bo'lishi bilan tugaydi va natijada katalizator iste'mol qilinmaydi.
Barcha katalitik heterojen reaktsiyalar adsorbsiya va desorbtsiya bosqichlarini o'z ichiga oladi.
Sirtning katalitik harakati ikki omilga kamayadi: interfeysdagi konsentratsiyaning oshishi va adsorbsiyalangan molekulalarning faollashishi.
Geterogen katalizga misollar:
2H 2 O = 2H 2 O + O 2 (katalizator - MnO 2);
H 2 + 1/2 O 2 = H 2 O (katalizator - platina).
Kataliz biologik tizimlarda juda muhim rol o'ynaydi. Ovqat hazm qilish tizimida, qonda va hayvonlar va odam hujayralarida sodir bo'ladigan kimyoviy reaktsiyalarning aksariyati katalitik reaktsiyalardir. Katalizatorlar, bu holda fermentlar deb ataladi, oddiy yoki murakkab oqsillardir. Shunday qilib, tupurik tarkibida kraxmalning shakarga aylanishini katalizlaydigan ptyalin fermenti mavjud. Oshqozonda joylashgan pepsin oqsili parchalanishini katalizlaydi. Inson tanasida 30 mingga yaqin turli xil fermentlar mavjud: ularning har biri tegishli reaktsiya uchun samarali katalizator bo'lib xizmat qiladi.
Katalizatorlar kimyoviy reaktsiyani tezlashtiradigan moddalardir, kimyoviy reaktsiyada katalizatorlarning o'zi iste'mol qilinmaydi. Katalizatorlar kimyoviy reaktsiya mexanizmini o'zgartirishi aniqlandi. Bunday holda, energiya to'sig'ining past balandligi bilan tavsiflanadigan boshqa, yangi o'tish holatlari paydo bo'ladi. Shunday qilib, katalizator ta'sirida
jarayonning faollashtirish energiyasi (3 -rasm). Oraliq zarrachalar bilan har xil turdagi o'zaro ta'sirga kirganda, katalizatorlar reaktsiya oxirida o'zgarishsiz qoladi. Katalizatorlar faqat termodinamik ruxsat berilgan reaktsiyalarga ta'sir qiladi. Katalizator reaktsiyaga sabab bo'lolmaydi, chunki harakatlantiruvchi kuchlariga ta'sir qilmaydi. Katalizator kimyoviy muvozanat konstantasiga ta'sir qilmaydi, chunki to'g'ridan -to'g'ri va teskari reaktsiyalarning faollanish energiyasini teng ravishda kamaytiradi.
3 -rasm A + B = AB reaksiya jarayonining energiya diagrammasi a) katalizatorsiz va b) katalizator ishtirokida. Ea-katalitik bo'lmagan reaktsiyaning faollashish energiyasi; Ea 1 va Ea 2 - katalitik reaktsiyaning faollashuv energiyasi; AK - reagentlardan biri bilan katalizatorning oraliq reaktiv birikmasi; A ... K, AK ... B - katalitik reaktsiyaning faollashtirilgan komplekslari; A ... V - katalitik bo'lmagan reaktsiyaning faollashtirilgan kompleksi; - Mushuk. - katalizator ta'sirida aktivatsiya energiyasining pasayishi.
Bir hil va bir xil bo'lmagan katalizni ajrating. Birinchi holda, katalizator reaktivlar bilan bir fazada, ikkinchisida esa katalizator qattiq bo'lib, uning yuzasida reaktivlar o'rtasida kimyoviy reaksiya sodir bo'ladi.
Kimyoviy muvozanat
Kimyoviy reaktsiyalar odatda qaytariladigan va qaytarilmaydigan bo'linadi. Qaytarilmaydigan kimyoviy reaktsiyalar boshlang'ich moddalardan kamida bittasi to'liq iste'mol qilinmaguncha davom etadi. reaktsiya mahsulotlari yoki bir -biri bilan umuman ta'sir o'tkazmaydi, yoki aslidan farqli moddalar hosil qiladi. Bunday reaktsiyalar juda kam. Misol uchun:
2KSlO 3 (tv) = 2KCl (tv) + 3O 2 (g)
Elektrolit eritmalarida cho'kmalar, gazlar va kuchsiz elektrolitlar (suv, murakkab birikmalar) hosil bo'lishidan iborat reaktsiyalar amalda qaytarilmas deb hisoblanadi.
Ko'pgina kimyoviy reaktsiyalar teskari, ya'ni. ular ham oldinga, ham orqaga ketadilar. Bu oldinga va teskari jarayonlarning faollashtirish energiyalari bir -biridan unchalik farq qilmasa va reaktsiya mahsulotlari boshlang'ich moddalarga aylansa, bu mumkin bo'ladi. Masalan, HI sintezi reaktsiyasi odatda qaytariladigan reaktsiya:
H 2 (g) + I 2 (g) ⇄ 2HI (g)
Oldinga va teskari jarayonlar uchun ommaviy harakat qonuni (reaktsiya tezligining ifodasi) quyidagi shaklga ega bo'ladi: = ∙; 
= 2
Vaqt o'tishi bilan, teskari va teskari reaktsiyalar tezligi teng bo'lganda, vaziyat yuzaga keladi = (4 -rasm).
4 -rasm Hujum tezligining o'zgarishi (va teskari (vaqt o'tishi bilan reaksiyalar t
Bu holat kimyoviy muvozanat deb ataladi. U dinamik (mobil) xarakterga ega va tashqi sharoit o'zgarishiga qarab u yoki bu tomonga siljishi mumkin. Muvozanat paytidan boshlab, doimiy tashqi sharoitda, dastlabki moddalar va reaktsiya mahsulotlarining konsentratsiyasi vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydi. Reaktivlarning muvozanat holatiga mos keladigan konsentratsiyalari deyiladi muvozanat... Reaktivning muvozanat kontsentratsiyasini aniqlash uchun uning boshlang'ich kontsentratsiyasidan muvozanat holatining boshlanishi bilan reaksiyaga kirgan moddaning miqdorini olib tashlash kerak: BILAN teng = C ref. - BILAN proreagir... Mahsulotlar muvozanatlashganda reaktsiyaga kirgan va ulardan hosil bo'lgan reagentlar miqdori reaktsiya tenglamasidagi stokiyometrik koeffitsientlarga proportsionaldir.
O'zgarmagan tashqi sharoitda muvozanat holati o'zboshimchalik bilan uzoq vaqt mavjud bo'lishi mumkin. Muvozanat holatida
∙ = [2, qaerdan / [= 2 / ∙.
Doimiy haroratda oldinga va teskari jarayonning tezlik konstantalari doimiy qiymatlardir.
Ikki sobitning nisbati ham doimiy K = / qiymatiga teng va deyiladi kimyoviy muvozanat doimiyligi... Buni ifodalash mumkin
yoki reaktivlarning konsentratsiyasi = yoki ularning qisman bosimi orqali 
agar reaktsiya gazlar ishtirokida davom etsa.
Umumiy holda, aA + bB +… ⇄cC + dD +… reaktsiyasi uchun kimyoviy muvozanat konstantasi reaktsiya mahsulotlarining konsentratsiyalari mahsulotining boshlang'ich moddalar kontsentratsiyasining kuchiga nisbati bilan tengdir. ularning stexiometrik koeffitsientlariga teng.
Kimyoviy muvozanat konstantasi jarayonning yo'liga bog'liq emas va muvozanat holatiga kelguncha uning chuqurligini aniqlaydi. Bu qiymat qanchalik katta bo'lsa, reaktivlarning mahsulotga aylanish darajasi shuncha yuqori bo'ladi.
Kimyoviy muvozanat konstantasi, shuningdek reaksiya tezligi konstantalari, faqat harorat va reaksiyaga kiruvchi moddalarning tabiati funktsiyalari bo'lib, ularning kontsentratsiyasiga bog'liq emas.
Har xil jarayonlar uchun qattiq moddalar konsentratsiyasi reaktsiya tezligi va kimyoviy muvozanat konstantasi ifodasiga kiritilmagan, chunki reaktsiya qattiq faza yuzasida davom etadi, uning kontsentratsiyasi vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydi. Masalan, reaktsiya uchun:
FeO (tv) + CO (g) ⇄ Fe (tv) + CO 2 (g)
muvozanat konstantasining ifodasi quyidagicha bo'ladi:
K p va K bilan munosabatlar bog'liq K p = K. v (RT) ∆ n bu erda n = n prod. -N original moddalar - mol sonining o'zgarishi gazsimon reaktsiya paytida moddalar. Bu reaktsiya uchun K p = K s, chunki n gazsimon moddalar nolga teng.
Nima uchun katalizatorlar kimyoviy reaksiya tezligini oshiradi? Ma'lum bo'lishicha, ular "aqlli tepalikka chiqmaydi, aqlli odam tog'ni chetlab o'tadi" degan mashhur hikmatga to'liq amal qiladilar. Moddalar o'zaro ta'sir qila boshlashi uchun ularning zarrachalariga (molekulalar, atomlar, ionlar) ma'lum bir energiyani berish kerak, ularni faollashtirish energiyasi deyiladi (13 -rasm, a). Katalizatorlar bu energiyani reaktsiyaga kiruvchi moddalardan biri bilan birlashtirib, uni "energiya tog'i" bo'ylab o'tkazib, energiyasi kam bo'lgan boshqa modda bilan uchrashadi. Shuning uchun, katalizator ishtirokida kimyoviy reaktsiyalar nafaqat tezroq, balki past haroratda ham davom etadi, bu esa ishlab chiqarish jarayonlarining narxini pasaytiradi.
Guruch. 13.
An'anaviy (a) va selektiv (b) katalizatorlar yordamida katalitik reaktsiyalarning energiya diagrammasi
Nafaqat. Katalizatorlardan foydalanish bir xil moddalarning har xil reaksiyaga kirishishiga olib kelishi mumkin, ya'ni har xil mahsulotlarning hosil bo'lishi bilan (13 -rasm, b). Masalan, ammiak kislorod bilan azot va suvga, katalizator ishtirokida esa - azot oksidi (II) va suvga oksidlanadi (reaktsiya tenglamalarini yozing va oksidlanish va qaytarilish jarayonlarini ko'rib chiqing).
Kimyoviy reaktsiya tezligini yoki uning yo'lini o'zgartirish jarayoniga kataliz deyiladi. Katalizning bir xil va bir xil bo'lmagan reaktsiyalari bilan bir qatorda. Fermentlardan foydalanganda kataliz fermentativ deb ataladi. Katalizning bu turi insonga qadim zamonlardan beri ma'lum bo'lgan. Organik moddalarning fermentativ parchalanishi tufayli odam non pishirishni, pivo pishirishni, sharob va pishloq tayyorlashni o'rgandi (14 -rasm).
Guruch. o'n to'rt.
Qadim zamonlardan beri odam nonni pishirish, pivo tayyorlash, sharob tayyorlash, pishloq tayyorlash paytida yuzaga keladigan katalizdan foydalangan.
Kundalik hayotda eng mashhurlari kir yuvish kukunlari tarkibiga kiradigan fermentlardir. Aynan ular kir yuvish paytida kirni dog 'va yoqimsiz hiddan tozalashga imkon beradi.
Keling, kimyoviy tajriba yordamida katalizatorlarni batafsil ko'rib chiqaylik.
Vodorod periksidi (kundalik hayotda u ko'pincha vodorod peroksid deb ataladi) har qanday uy tibbiyot kabinetida zaruriy tayyorgarlikdir (15 -rasm).
Guruch. o'n besh.
Vodorod periks eritmasi
Amal qilish muddati ushbu preparatning qadoqida ko'rsatilishi kerak, chunki u saqlash paytida parchalanadi:
Ammo, normal sharoitda, bu jarayon shu qadar sekin ketadiki, biz kislorod ajralib chiqishini sezmaymiz va faqat vodorod peroksid uzoq vaqt saqlangan shishani ochib, undan qanday gaz ozgina ajralib chiqishini ko'rish mumkin. . Bu jarayonni qanday tezlashtirish mumkin? Keling, laboratoriya tajribasini o'tkazaylik.
9 -laboratoriya tajribasi Marganets (IV) oksidi yordamida vodorod periksni parchalanishi
10 -sonli laboratoriya tajribasi
Oziq -ovqat mahsulotlarida katalazani aniqlash
Katalizatorlar nafaqat ishlab chiqarish jarayonlarini tejamkor qiladi, balki atrof -muhitni muhofaza qilishga ham katta hissa qo'shadi. Shunday qilib, zamonaviy yengil avtomobillar katalitik qurilma bilan jihozlangan, uning ichida uyali keramik katalizator tashuvchilar (platina va rodyum) joylashgan. Ulardan o'tib, zararli moddalar (uglerod, azot, yonmagan benzin oksidi) karbonat angidrid, azot va suvga aylanadi (16 -rasm).
Guruch. o'n olti.
Egzoz gazlarining azot oksidlarini zararsiz azotga aylantiradigan mashinadagi katalitik konvertor
Ammo kimyoviy reaktsiyalar uchun reaktsiyani tezlashtiradigan katalizatorlar emas, balki ularni sekinlashtiradigan moddalar ham muhim ahamiyatga ega. Bunday moddalarga ingibitorlar deyiladi. Eng mashhurlari metall korroziya inhibitörleri.
11 -sonli laboratoriya tajribasi
Kislotalarning metallar bilan urotropin bilan o'zaro ta'sirini inhibe qilish
Oddiy odamning lug'atida kimyo so'zidan olingan so'zlar tez -tez uchraydi. Masalan, antioksidantlar yoki antioksidantlar. Qanday moddalar antioksidantlar deb ataladi? Ehtimol, siz sariyog'ni uzoq vaqt saqlasangiz, u rangini, ta'mini o'zgartirishi, yoqimsiz hidga ega bo'lishi - havoda oksidlanishini payqadingiz. Oziq -ovqat mahsulotlarining buzilishining oldini olish uchun ularga antioksidantlar qo'shiladi. Ular inson salomatligini saqlashda muhim rol o'ynaydi, chunki uning tanasida kiruvchi oksidlanish jarayonlari ham sodir bo'ladi, buning natijasida odam kasal bo'lib, charchaydi va tezroq qariydi. Inson tanasi antioksidantlarni, masalan, karotin (A vitamini) va E vitamini o'z ichiga olgan taomlarni iste'mol qilish orqali oladi (17 -rasm).
Guruch. 17.
Antioksidantlar: a - b -karotin; b - E vitamini
Shunday qilib, kimyoviy reaktsiya tezligini katalizatorlar va ingibitorlar yordamida, haroratning o'zgarishi, reaktivlar kontsentratsiyasi, bosim (bir hil gaz reaktsiyalari uchun), reaktivlarning aloqa maydoni (heterogen jarayonlar uchun) yordamida boshqarish mumkin. Va, albatta, kimyoviy reaktsiyalar tezligi reaktsiyaga kiruvchi moddalarning tabiatiga bog'liq.
Yangi so'zlar va tushunchalar
- Katalizatorlar.
- Fermentlar.
- Kataliz (bir hil, geterogen, fermentativ).
- Inhibitorlar.
- Antioksidantlar
O'z-o'zini o'rganish uchun topshiriqlar
- Katalizatorlar nima? Kimyoviy reaktsiyalarda ular qanday rol o'ynaydi? Nima uchun katalizatorlar kimyoviy reaktsiyalar oqimini tezlashtiradi?
- Enzimatik kataliz insoniyat tsivilizatsiyasi tarixida qanday rol o'ynadi?
- Katalizatorlarning zamonaviy ishlab chiqarishda tutgan o'rni haqida ma'ruza tayyorlang.
- Inhibitorlarning zamonaviy ishlab chiqarishda tutgan o'rni haqida ma'ruza tayyorlang.
- Tibbiyot va oziq -ovqat sanoatida antioksidantlarning o'rni haqida maqola tayyorlang.
Umumta'lim maktabining 9-10-sinflarida ular kimyoviy reaktsiya tezligi, turli xil omillarning kimyoviy o'zgarish tezligiga ta'siri haqida tushunchalarni shakllantirishni davom ettirmoqdalar, kataliz va katalizatorlar haqidagi bilimlarni kengaytirmoqdalar va chuqurlashtirmoqdalar. katalitik hodisalarning mexanizmi.
"Ishqoriy metallar" mavzusida natriyning suv va xlorid kislotasi bilan o'zaro ta'siri, kaliy va natriyning suv bilan o'zaro ta'siri kabi tajribalarni namoyish qilib, o'qituvchi bu reaktsiyalarning ba'zilari boshqalarga qaraganda bir xil sharoitda tezroq o'tishini ta'kidlaydi. Masalan, natriy suvga qaraganda xlorid kislotasi bilan kuchliroq reaksiyaga kirishadi; kaliy suv bilan natriyga qaraganda kuchliroq reaksiyaga kirishadi. Natriy, mis, surma, vodorod, organik moddalarning xlorida yonish bo'yicha tajribalardan so'ng, savollar tug'ilishi mumkin: "Nega surma kukuni bo'laklarga emas, balki xlorga yonib ketgan? Nega ingichka mis simli to'plami xlorda yonadi, lekin Qalin sim yonmaydimi? " Bunday holda, moddalarning o'zaro ta'siridagi farq yoki moddalarning tabiati va atomlarning tuzilishi, yoki boshqa aloqa yuzasi bilan izohlanadi.
Xuddi shu mavzuda, o'quvchilarni xlorid kislotaning xossalari bilan tanishtirganda, bu kislota va metallar (sink, magniy) o'rtasidagi reaktsiyalar nima uchun vaqt o'tishi bilan tezlashishini aniqlash maqsadga muvofiqdir. Tezlanish, xususan, bu reaktsiyalar paytida katta miqdorda issiqlik ajralib chiqishiga va moddalarning qizishi bilan o'zaro ta'sir tezligi oshishiga bog'liq.
Alyuminiyning yod bilan o'zaro ta'siri misolida, katalizator nima ekanligini eslab, suv katalizator bo'lishi mumkinligini ko'rsatish kerak. Yod va alyuminiy kukunlari aralashmasi slaydda asbest to'rga quyiladi va bir necha tomchi suv quyiladi. Suv ta'sirida moddalarning o'zaro ta'siri tezlashadi, olov chiqib ketadi. O'qituvchi chinni kosadan to'rga quyilmagan aralashmada chaqnash sodir bo'lmaganiga, lekin u bir muncha vaqt o'tgach va suvsiz sodir bo'lishi mumkinligiga e'tiborni qaratadi.
Shuni ta'kidlash kerakki, suv nafaqat alyuminiyning yod bilan o'zaro ta'sirini tezlashtiradi, balki ko'plab kimyoviy jarayonlarda katalitik rol o'ynaydi. Texnologiyada ishlatiladigan turli gazlarning yonishida suvning katalitik ta'siri juda muhim.
Vodorod periksning xossalarini ko'rib chiqishda, vodorod peroksid juda mo'rt moddadir. Shisha idishlarda saqlansa, u issiqlik chiqishi bilan asta -sekin parchalanadi:
2H 2 O 2 = 2H 2 O 4 + O 2 + 46 kkal
O'qituvchi talabalardan vodorod peroksid parchalanishini tezlashtiradigan shartlarni sanab berishni so'raydi. Ularning qo'lidan keladi
bu holda ko'rsating: 1) isitish, 2) katalizatorlar ta'siri, 3) eritma kontsentratsiyasining oshishi. Vodorod periksni parchalanishi nurda ham tezroq bo'ladi, buni maktabdan tashqari mashg'ulotlar tajribasi tasdiqlashi mumkin. Vodorod periksni shtativlarga mahkamlangan ikkita idishga quying, ularni gaz quvurlari bo'lgan tiqinlar bilan yoping. Quvurlarni ag'darilgan tsilindrlar yoki suv bilan to'ldirilgan va suvli keng idishga tushirilgan probirkalar ostiga qo'ying. Kolbalardan birini qora qog'oz bilan o'rab oling. Qurilmalarni quyosh bilan yoritilgan derazaga qo'ying yoki 75-100 V kuchlanishli elektr chiroq bilan yoritib turing. Tajriba vodorod peroksidning yorug'lik ta'sirida tez parchalanishini ko'rsatadi.
Keyin darsda talabalar katalizatorlar ta'sirida vodorod peroksidning parchalanish tezligining o'zgarishini mustaqil o'rganadilar. Ish uchun ular 3-5% vodorod periks, marganets dioksidi, konsentrlangan xlorid kislotasi, bo'lak, voronka, filtr qog'ozi va bir nechta probirkali eritmalar beradi.
Vazifalar: 1) Berilgan eritmada vodorod peroksidning parchalanishi davom etayotganini tekshiring? 2) Marganets dioksididan foydalanib, vodorod peroksidning parchalanish reaksiyasini tezlashtiring. 3) reaktsiya natijasida marganets dioksidi kimyoviy jihatdan o'zgarmaganligini isbotlang * 4) isbotlang, allaqachon katalizator sifatida ishlatilgan marganets dioksidi yana vodorod peroksid parchalanishini tezlashtirishi mumkin.
* (Isitilganda xlorid kislotasi bilan namuna.)
Mustaqil ishni bajargandan so'ng, o'qituvchi bir xil kimyoviy reaktsiyani tezlashtirish uchun har xil katalizatorlardan foydalanish mumkinligini, noorganik moddaning (vodorod peroksid) parchalanishini organik katalizatorlar - fermentlar yordamida tezlashtirilishini ko'rsatadi. Kichik stakanga 3% vodorod periks eritmasi quyiladi, so'ngra unga xom go'shtning kichik bo'lagi qo'yiladi. Kislorod eritmadan intensiv ravishda ajralib chiqadi, chunki katalaza fermenti hayvonlarning qoni va to'qimalarida mavjud. Shuni ta'kidlash kerakki, fermentlar reaktsiyalarning ajoyib tabiiy tezlatgichidir. Kelajak kimyosining muhim vazifalaridan biri - bu tarkibi va katalitik xususiyatlariga ko'ra fermentlarga o'xshash katalizatorlarni sun'iy ishlab chiqarish va ishlab chiqarish.
Vodorod periksidi nima uchun shisha idishlarda saqlanganda tezroq parchalanishini tushuntirish uchun tajriba o'tkazildi. Vodorod periks eritmasi uchta probirkaga quyiladi, biriga sulfat kislota eritmasi, ikkinchisiga gidroksidi qo'shiladi, uchinchisi solishtirish uchun qoldiriladi (nazorat eritmasi). Uchala eritma ham isitiladi (qaynab ketmaydi). Kislorod vodorod peroksid va natriy gidroksidi eritmalari bo'lgan probirkadan kuchli, nazorat eritmasi bo'lgan probirkadan kamroq chiqariladi. Oltingugurt kislotasi (vodorod ionlari) ishtirokida vodorod peroksid parchalanmaydi. OH ionlari vodorod periksning parchalanishini katalizlaydi, shuning uchun devorlari eritmasiga gidroksil ionlarini chiqaradigan shisha idishlar ichida vodorod periks oson parchalanadi.
Kimyoviy reaktsiya tezligi haqidagi bilimlarni mustahkamlash va rivojlantirish davom etmoqda. Oltingugurt dioksidi va kislorod aralashmasini katalizatorsiz qizdirilgan shisha naycha orqali o'tkazib, o'qituvchi bu sharoitda sulfat angidrid hosil bo'lishi sezilmasligini ko'rsatadi va o'quvchilardan gazlarning o'zaro ta'sirini qanday tezlashtirish mumkinligini so'raydi. Suhbat chog'ida ma'lum bo'ldiki, reaktsiyalarni tezlashtirishning reagentlar kontsentratsiyasini oshirish, haroratni ko'tarish, katalizator ishlatmasdan, kerakli natijalarni bermaydi. Oltingugurt dioksidining sulfat kislotaga oksidlanish reaktsiyasi qaytariladi:
2SO 2 + O 2 ↔ 2SO 3 + Q,
va haroratning oshishi oltingugurtli angidridning parchalanishini uning hosil bo'lishidan ko'ra ko'proq darajada tezlashtiradi.
Temir oksidi oltingugurt dioksidining oksidlanish reaktsiyasi uchun katalizator bo'ladimi -yo'qmi tekshiriladi. Oltingugurt dioksidining sulfat angidridga temir oksidi ishtirokida kontaktli oksidlanishini namoyish qilganda, havoda tutun chiqadigan sulfat angidrid ishlab chiqarilishi kuzatiladi. Keyin aniqlanishicha, bu reaktsiya temir oksidini kimyoviy jihatdan o'zgartirmaydi. Buning uchun oltingugurt dioksidining temir oksidining bir xil qismi bilan sulfat angidridga kontaktli oksidlanish tajribasini takrorlang. Bundan tashqari, oltingugurt dioksidining oksidlanishini tezlashtirish uchun turli katalizatorlardan foydalanish mumkinligi qayd etilgan. Temir oksididan tashqari kimyo sanoatida platina ishlatilgan, hozirda vanadiy pentoksid V 2 O 5 * ishlatiladi.
* (Hozirda ishlatiladigan vanadiy katalizatori murakkab tarkibga ega (qarang: D. A. Epshteyn. Kimyo texnologiyasi bo'yicha o'qituvchi, Moskva, RSFSR Pedagogika fanlari akademiyasi nashriyoti, 1961).)
Katalizatorning xususiyatini ta'kidlash, uning reaktsiyasini tezlashtirish, uning teskari ta'siriga ta'sir qilmaslik muhim: oltingugurt dioksidining sulfat kislotaga oksidlanish reaktsiyasi, va katalizator ishlatilganda qaytariladigan bo'lib qoladi.
Sulfat kislota olishning kontakt usulini o'rganayotganda, katalizatorning sanoatda qo'llanishini ko'rib chiqish zarur. Katalizator bo'lmasa, ko'p miqdorda oltingugurtli angidridni tez ishlab chiqarish imkonsiz bo'lar edi, lekin undan foydalanish jarayon shartlariga qo'shimcha talablarni keltirib chiqaradi. Gap shundaki, reaktivlarga kiradigan aralashmalar katalizatorga salbiy ta'sir ko'rsatadi. Arsenik trioksidi, ular aytganidek, uni vanadiy katalizatoriga salbiy "zaharlaydi". Shuning uchun reaksiyaga kirishayotgan gazlarni iflosliklardan yaxshilab tozalash zarur.
Agar o'quvchilarda katalizator nima uchun zaharlanganligi haqida savol tug'ilsa, o'qituvchi birinchi navbatda uning harakatini oraliq moddalar hosil bo'lish nazariyasi yordamida tushuntiradi, so'ngra iflosliklarning zaharli ta'sirini ko'rib chiqadi.
Katalizator yordamida reaktsiyalarning tezlashishi uning boshlang'ich materiallari bilan mo'rt birikmalar hosil qilishi va keyin yana erkin shaklda ajralishi tufayli yuzaga keladi. Bu reaktsiyalar oltingugurt dioksidi va kislorod o'rtasidagi reaktsiyaga qaraganda ancha tez. Agar gaz aralashmasida katalizator bilan qaytarilmas reaksiyaga kiradigan aralashmalar bo'lsa, u zaharlanadi. Gazlarni ehtiyotkorlik bilan tozalashiga qaramay, vaqt o'tishi bilan sulfat kislota ishlab chiqarishda ishlatiladigan katalizatorlarning faolligi pasayadi. Uning "qarishi" ga nafaqat asta -sekin zaharlanish, balki uzoq vaqt qizdirish va mexanik qirilish sabab bo'ladi, bu katalizator yuzasining holatini o'zgartiradi. Katalizatorning butun yuzasi emas, balki uning kesilgan qismlari - faol markazlar ishtirok etadi va "qarish" paytida bu markazlar soni kamayadi.
Oldingi bo'limda, atom tuzilishi nazariyasi asosida, kimyoviy reaktsiyaning qo'zg'alishiga energiyaning ta'sirini o'quvchilarga qanday tushuntirish kerakligi muhokama qilingan. Bu nima uchun qizdirilganda kimyoviy reaktsiyalar tezlashadi degan savolni hal qilishga imkon beradi. Talabalar biladilarki, moddalardagi harorat ko'tarilganda, faol molekulalar soni ortadi, molekulalarning harakat tezligi va ularning vaqt birligiga to'g'ri keladigan uchrashuvlari soni ortadi. Faol molekulalar atomlarida elektronlar yuqori energiya darajalariga o'tkaziladi; bunday molekulalar beqaror va boshqa moddalar molekulalari bilan oson reaksiyaga kirishadi.
Elektrolitik dissotsiatsiya nazariyasi nima uchun kislotalar, tuzlar va asoslar eritmalari orasidagi reaktsiyalar deyarli bir zumda sodir bo'lishini tushuntiradi. Bu moddalarning eritmalarida allaqachon faol zarralar - zid zaryadli ionlar mavjud. Shuning uchun kislotalar, tuzlar va asoslarning suvli eritmalari orasidagi reaktsiyalar juda tez davom etadi va bir xil moddalar orasidagi reaktsiyalardan sezilarli farq qiladi, lekin quruq holda olinadi.
"Kimyoviy reaktsiya tezligi" mavzusidagi darsni boshlab, o'qituvchi kimyoviy reaksiyalar har xil tezlikda ketishi mumkinligini eslatadi, unga ta'sir ko'rsatadigan shart -sharoitlarni o'rganish katta amaliy ahamiyatga ega.
Kimyoviy reaktsiya tezligini qanday o'lchash mumkin?
O'quvchilar allaqachon ma'lumki, kimyoviy o'zgarish tezligini reaktsiyaga kirgan yoki ma'lum vaqt ichida olingan moddaning miqdoriga qarab aniqlash mumkin, mexanik harakat tezligi tananing vaqt birligida bosib o'tgan yo'li bilan o'lchanadi. ; bu tezlikni hisoblash uchun formuladan foydalaning
bu erda v - tezlik, S - yo'l va t - vaqt.
Shuni inobatga olgan holda, talabalar kimyoviy reaktsiya tezligini hisoblash formulasini o'xshashlik bilan yozadilar
bu erda m - reaksiyaga kirgan yoki t natijasida uning natijasida olingan moddaning miqdori.
Ushbu formulaning kamchiliklari nimada ekanligini ko'rib chiqing. Ma'lum bo'lishicha, undan foydalanganda, xuddi shu sharoitda olingan bir xil moddaning ikki qismi uchun ham hisoblangan reaktsiya tezligi boshqacha bo'ladi.
Deylik, har soniyada idishda 15 g modda parchalanadi. Ma'lum bo'lishicha, bu idishga 1: 2 nisbatda bo'linadigan bo'lakni kiritganingizda, birinchi (kichikroq) qismida reaktsiya 5 g / sek tezlikda davom etadi. va ikkinchisida - 10 g / sek.
Hisoblangan tezlik reaktsiyaning o'zini tavsiflashi uchun emas, balki boshlang'ich moddaning qancha qismi olinganligi uchun, reaksiyaga kirishayotgan moddaning hajmiga qarab o'zgarishini, ya'ni o'zgarishini hisobga olish kerak. reaksiyaga kirishuvchi moddaning konsentratsiyasida. Shunday qilib, kimyoviy reaktsiya tezligini quyidagi formula bilan hisoblash mumkin:
v = c 0 -c t / t
bu erda c 0 - har qanday reaktsiyaga kiruvchi moddalarning boshlang'ich kontsentratsiyasi, c t - bir soniyadan keyin bir xil moddaning konsentratsiyasi. Tezlikni hisoblashda kontsentratsiya odatda litrda mol va soniyada ifodalanadi.
Bu dars kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtirishning eng muhim usullariga qaratiladi. Shu maqsadda laboratoriya tajribasi o'tkazilib, kimyoviy reaksiya tezligi reaktsiyaga kiruvchi moddalar kontsentratsiyasiga bog'liqligini ko'rsatadi.
Tajriba uchun o'quvchilar stollariga qo'yilgan quyidagi asbob -uskunalar ishlatiladi: 1) uchta probirkali shtativ, ulardan birida natriy yodid yoki kaliy yodid kristalli (2-3 pinli boshli), ikkinchisida - temir xlorid eritmasi, uchinchisi - bo'sh; 2) kolba yoki stakan suv; 3) ikkita bir xil shisha naycha; 4) shisha tayoq.
O'qituvchi talabalarni tajribaga tayyorlanishga taklif qiladi: 1) natriy yodidga suv solingan eritmaning 1/2 probirkasini hosil qiling va suyuqlikni tayoq bilan aralashtiring, 2) hosil bo'lgan eritmaning 1/3 qismini boshqa probirkaga quying. , 3) quyma eritmasiga probirkadagi natriy yodid (yoki kaliy yodid) eritmalari hajmi bir xil bo'lishi uchun suv eritmasi bilan probirkani qo'shing.
O'qituvchi talabalarning ko'rsatmalarni qanday tushunishlarini tekshirish uchun savollar beradi:
1) Ikkinchi probirkada natriy yodid eritmasi necha marta suyultiriladi?
2) Birinchi naychadagi tuz kontsentratsiyasi ikkinchisiga qaraganda necha baravar ko'p?
Ta'kidlanishicha, eritmalardan birining konsentratsiyasi boshqasidan ikki baravar ko'p. Shundan so'ng, ikkita tayyorlangan eritmada temir xloridning natriy yodid bilan reaktsiyasi amalga oshiriladi, bu erkin yodning chiqarilishi bilan ketadi:
2NaI + 2FeCl 3 = 2NaCl + 2FeCl 2 + I 2,
2I - + 2Fe 3+ = 2Fe 2+ + I 2.
Talabalar tuzlarning o'zaro ta'sir tezligi qaysi probirkada katta ekanligini va bunga qanday asosda baho berish mumkinligini hal qilishadi. Taxmin tajriba bilan tekshiriladi.
Natriy yodid (yoki kaliy yodid) eritmalari bo'lgan ikkala probirkaga ham avval bir xil miqdordagi kraxmal pastasi (1-2 ml) quyiladi, so'ngra aralashtirilgach, 5-10% temir xlorid eritmasidan bir necha tomchi quyiladi. Har ikki probirkaga bir vaqtning o'zida temir xlorid eritmasini qo'shish maqsadga muvofiqdir. Ko'k rang ko'proq konsentratsiyali eritma bo'lgan probirkada paydo bo'ladi. Eritma kontsentratsiyasi yuqori bo'lgan probirkada yod ionlari ko'pincha temir ionlari bilan uchraydi va shuning uchun ular bilan tez -tez o'zaro ta'sir o'tkazadi - reaktsiya tezroq davom etadi.
O'qituvchi oltingugurtning havoda yonishini ko'rsatadi va o'quvchilardan bu reaktsiyani qanday tezlashtirish mumkinligini so'raydi. Talabalar yonayotgan oltingugurtni kislorodga joylashtirishni va bu tajribani o'tkazishni taklif qilishadi. Tajribalarni tahlil qilish asosida umumiy xulosa chiqariladi: kimyoviy reaksiya tezligi reaksiyaga kirishayotgan moddalarning kontsentratsiyasiga bog'liq (bir birlik hajmdagi ionlar yoki molekulalar soniga).
Ular kimyoviy reaksiya tezligiga reaksiyaga kirishayotgan moddalar sirtining ta'siri haqidagi savolga murojaat qilishadi. Talabalar reaktivlarni aralashtirish va maydalash bilan sodir bo'lgan reaktsiyalarni eslaydilar: ammiak aralashmasini ohak bilan maydalash, marmar yoki ruxning kichik bo'laklarini xlorid kislotasi bilan o'zaro ta'siri, maydalangan yoqilg'ini nozullarda yoqish, maydalangan rudalar yordamida metall va pirit eritish jarayonida. sulfat kislota ishlab chiqarish. Sulfat kislota ishlab chiqarishda piritni qovurish shartlari batafsilroq muhokama qilinadi. Oltingugurt dioksidini olish uchun maydalangan pirit ishlatiladi, chunki u katta bo'laklarga ajratilgan piritdan ko'ra tezroq yonadi. Tozalangan piritning yonishi, ayniqsa, agar u shtutserdan havo oqimi bilan tashqariga tashlansa, shuningdek, u suyuq to'shakda yondirilsa, pirit bo'laklarining butun yuzasi havo bilan aloqa qilsa, tez rivojlanadi.
Shuni yodda tutish kerakki, juda ezilgan yonuvchi moddalar bilan kimyoviy reaktsiyalar portlash bilan kechishi mumkin. Masalan, shakar zavodlarida shakar changining portlashlari sodir bo'lgan.
Qattiq jism qanchalik ko'p erigan bo'lsa, u ishtirok etadigan kimyoviy reaktsiya tezligi shuncha yuqori bo'ladi degan xulosaga keladi.
Keyin haroratning kimyoviy reaktsiya tezligiga ta'siri tahlil qilinadi. Xuddi shu miqdordagi sulfat kislota eritmasi giposulfit eritmasining 1/4 qismi bo'lgan probirkaga quyiladi; bu tajribaga parallel ravishda giposulfit va sulfat kislotaning qizdirilgan eritmalari quyiladi:
Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2 + S
Eritmalar bulutli bo'lguncha vaqt ko'rsatilgan. O'qituvchining aytishicha, harorat 10 ° C ga ko'tarilganda, aksariyat reaktsiyalar tezligi 2-3 barobar oshadi.
Olingan bilimlar asosida talabalarga moddalar qizdirilganda kimyoviy reaktsiyalar tezlanishini tushuntirish imkoniyati beriladi.
Bu darsda moddalarning katalitik ta'sirini ko'rsatish shart emas, chunki talabalar vodorod periksni parchalanishi va oltingugurt dioksidining oksidlanishiga misollar orqali tanishdilar. Ular o'zlariga ma'lum bo'lgan katalitik reaktsiyalarni sanab o'tadilar, kataliz va katalizatorlarga ta'riflar berishadi.
Ushbu darsda bilimlarni mustahkamlash uchun ular savollar berishadi:
- Kimyoviy reaktsiya tezligini nima aniqlaydi? Misollar keltiring.
- Qanday sharoitda kimyoviy reaksiya tezligi oshadi?
- Elektrolitik dissotsilanish nazariyasi asosida, ruxning sirka kislotasi bilan o'zaro ta'siri paytida vodorodning evolyutsiyasi sinkning xlorid kislotasi bilan o'zaro ta'siriga qaraganda ancha sekin sodir bo'lishini qanday izohlash mumkin?
- Sinkning xlorid kislotasi bilan o'zaro ta'sir reaktsiyasini tezlashtirish uchun qanday usullardan foydalanish mumkin?
- Nima uchun havoda yonayotgan parcha kislorodda yonadi?
- Sizga ikkita probirka beriladi, ularda kaltsiy karbonatning xlorid kislotasi bilan o'zaro ta'siri asta -sekin davom etadi. Har xil naychadagi kimyoviy reaksiyani turli usullar yordamida tezlashtirishga harakat qiling.
- Nima uchun harorat oshishi bilan kimyoviy reaktsiya tezligi oshadi?
- Sulfat kislota olishda kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtirishning qanday usullari qo'llaniladi?
- Katalizatorlar qaysi kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtirishini biling.
Ammiak sintezining reaktsiyasini o'rganayotganda, talabalar yana katalizatordan foydalanadilar va katalizator va katalizator haqida ilgari olingan ma'lumotlarni birlashtirish bilan bir qatorda, bu bilimlarni biroz rivojlantirish mumkin.
O'qituvchi har ikkala reaktsiya - ammiak sintezi va uning azot va vodorodga parchalanishi - xuddi shu katalizator - kamaytirilgan temir ishtirokida davom etishiga e'tibor qaratadi, bu esa to'g'ridan -to'g'ri va teskari reaktsiyalarni bir xil darajada tezlashtiradi. Shuning uchun katalizator kimyoviy muvozanatni o'zgartirmaydi, balki bu holatga tezroq erishishga yordam beradi. Bu pozitsiyani tushunishlarini tekshirish uchun o'qituvchi ularga savollar beradi:
- Azot va vodorod aralashmasidan yuqori bosim va isitish ostida, lekin katalizatorsiz ishlab chiqarishda ammiak olish mumkinmi? Nima uchun?
- Ammiak sintezi reaktsiyasi isitish va katalizator yordamida tezlashadi. Bu shartlarning kimyoviy muvozanatga ta'sirining farqi nimada?
O'quvchilarni ishlab chiqarishda ammiak sintezi bilan tanishtirar ekan, o'qituvchi agar gazlar (vodorod va azot) ilgari iflosliklardan tozalanmagan bo'lsa, katalizator o'z faoliyatini tezda yo'qotishini ta'kidlaydi. Bu jarayonda kislorod, suv bug'lari, uglerod oksidi, vodorod sulfidi va boshqa oltingugurtli birikmalar toksik ta'sir ko'rsatadi.
Oltingugurt dioksidining trioksidga katalitik oksidlanishida bo'lgani kabi, ammiak sintezida ham katalizator tezlashuvchi ta'sirini faqat ma'lum harorat oralig'ida ko'rsatadi. 600 ° C dan yuqori haroratlarda temirning pasayishi uning katalitik faolligini pasaytiradi.
Ammiak sintezi misolidan foydalanib, katalizatorning ta'sir mexanizmini ko'rib chiqish mumkin. Ta'kidlanishicha, temir nitrid temir katalizatori yuzasida hosil bo'ladi:
Vodorod nitrid bilan reaksiyaga kirishadi, ammiak olinadi:
FeN 2 + 3H 2 → Fe + 2NH 3.
Keyin protsedura takrorlanadi.
Temir nitridining hosil bo'lishi va uning vodorod bilan o'zaro ta'siri juda tez sodir bo'ladi.
Ammiak oksidlanish reaktsiyalarini o'rganayotganda, ammiakning kislorodda yonishi va ammiakning katalitik oksidlanishi bo'yicha tajribalar o'tkazilgandan so'ng, talabalarning diqqatini bu ikki holatda boshlang'ich materiallar bir xil bo'lganiga, lekin sharoitga qarab qaratadi. (katalizatordan foydalanish), turli xil mahsulotlar olinadi. ...
Ammiakning oksidlanishi tenglamalarga muvofiq har xil moddalarning hosil bo'lishi bilan davom etishi mumkin:
4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O;
4NH 3 + 4O 2 = 2N 2 O + 6H 2 O;
4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O.
Katalizator platina bu reaktsiyalarning faqat oxirgisini tezlashtiradi. Shuning uchun, katalizator yordamida ammiak va kislorodning o'zaro ta'sirini kerakli yo'nalishga yo'naltirish mumkin. U kimyo sanoatida nitrat kislota ishlab chiqarishda qo'llanadi.
9 -sinfda kimyoviy ishlab chiqarish kontseptsiyasining shakllanishi o'quvchilarni kimyoviy zavodlardagi kimyoviy reaktsiyalar tezligini amaliy nazorat qilish bilan tanishtirish uchun katta imkoniyatlar yaratadi.
O'qituvchi ilgari o'rganilgan sanoat (xlorid, oltingugurt, azot kislotalari, ammiak) haqidagi bilimlarni umumlashtirishga asoslanib, o'quvchilarda ishlab chiqarishda kimyoviy reaktsiyalarni o'tkazish uchun eng yaxshi sharoitlar: optimal haroratdan foydalanish, reaktiv moddalar kontsentratsiyasi, reaktivlarning aloqa yuzasining ortishi, katalizatorlardan foydalanish. Shundan so'ng, har bir shartning qo'llanilishini cheklaydigan holatlarni aniqlash uchun talabalarga savol tug'iladi: "Ishlab chiqarishdagi kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtirish uchun haroratni cheksiz oshirish mumkinmi?" Ma'lum bo'lishicha, kuchli isitish kimyoviy muvozanatni istalmagan tomonga o'zgartirishi mumkin va katalizator ishlatilganda uning faolligini pasaytirishi mumkin. Buni hisobga olgan holda, ishlab chiqarishda maksimal emas, balki optimal harorat ishlatiladi.
Ishlab chiqarishda kimyoviy reaktsiyalarni o'tkazishning boshqa shartlari ham shu tarzda tahlil qilinadi.
IX-X sinflarda kimyo bo'yicha yangi faktik materialni o'rganish kimyoviy reaktsiya tezligi haqidagi bilimlarni yanada mustahkamlash uchun ishlatiladi.
Oq fosforning xususiyatlarini o'rganayotganda, o'qituvchi oq fosforning qorong'uda porlashi uning havoda sekin oksidlanishidan dalolat berishini aytadi. Keyinchalik, oq fosforning oksidlanishini qanday sharoitda tezlashtirish mumkinligi ko'rib chiqiladi. Fosforning qizishi, parchalanishi, kisloroddan foydalanish aslida fosforning oksidlanishini tezlashtiradi va uning chaqnashiga olib keladi.
Talabalar superfosfat hosil bo'lish shartlarini bashorat qilish uchun kimyoviy jarayonlarni tezlashtirish usullari haqidagi bilimlaridan foydalanadilar. Uchinchi darajali kaltsiy fosfat va sulfat kislota o'rtasidagi reaktsiyani qizdirish, kaltsiy fosfatni maydalash, aralashtirish va sulfat kislota konsentratsiyasini oshirish orqali tezlashtirish mumkin, deyishadi. O'qituvchi aytilganlarni umumlashtirib, buni qo'shib qo'yadi
Bu ishlab chiqarishda, albatta, isitish ishlatiladi, lekin buning uchun ular uchinchi darajali kaltsiy fosfati sulfat kislota bilan yaxshilab aralashtirilganda, reaktsiyaning o'zi davomida chiqarilgan issiqlikni ishlatadilar.
Organik moddalarni o'rganar ekan, talabalar katalizatorlar ishtirokida olib boriladigan juda ko'p jarayonlarga duch keladilar, masalan, aviatsion benzin, rezina, aromatik uglevodorodlar ishlab chiqarish.
Etilenni gidratlashda sulfat kislotaning rolini ko'rib chiqish mumkin. Oltingugurt kislotasi bo'lsa, etilenga suv qo'shilishining sekin reaktsiyasi o'rniga (C 2 H 4 + H 2 O → C 2 H 5 OH) quyidagi jarayonlar birin -ketin ketma -ket davom etadi: 1) sulfat kislota etilenga qo'shiladi va etil sulfat hosil qiladi:
2) etil sulfat sabunlanib, etil spirti va sulfat kislota hosil qiladi.
Spirtli ichimliklarni distillashdan so'ng, sulfat kislota bir xil miqdorda paydo bo'ladi, lekin u oraliq mahsulot hosil bo'lishida ishtirok etdi. Oltingugurt kislotasining katalitik ta'sirining boshqa misollari (etil spirtidan etilen va etil efir hosil bo'lishi) uy vazifasini bajarayotganda talabalarning o'zlari tomonidan qismlarga bo'linadi.
Xuddi shu katalizatorga ega bo'lgan, lekin har xil haroratda bo'lgan moddalar reaksiyaga kirishib, har xil mahsulotlarni hosil qiladi. Spirtli ichimliklarning xususiyatlari bilan tanishganda buni ta'kidlash kerak.
Uglerod oksidining vodorod bilan o'zaro ta'siri shuni ko'rsatadiki, har xil katalizatorlar yordamida bir xil moddalardan har xil organik mahsulotlarni olish mumkin. Bu o'zaro ta'sir metil spirti, uglevodorodlar yoki undan yuqori spirtlarning hosil bo'lishi bilan davom etishi mumkin. Moddalarning o'zaro ta'sirining kerakli yo'nalishiga mos keladigan reaktsiyani tezlashtiradigan, lekin boshqalarga sezilarli ta'sir ko'rsatmaydigan katalizator yordamida erishiladi. Metil spirti hosil bo'lish reaksiyasini tezlashtirish uchun katalizator sifatida xrom oksidi bilan sink oksidi aralashmasi ishlatiladi.
Uglevodorodlar va kislorodli organik birikmalarni o'rgangandan so'ng, bilimlarni umumlashtirish uchun o'quvchilarga sinfda yoki uyda mustaqil ishlash uchun topshiriq beriladi: darslikning falon bo'limidan katalitik reaktsiyalarning barcha holatlarini tanlang va har bir talabaga beriladi. darslik materialining faqat shu qismi, u belgilangan vaqtda ko'rishi mumkin ...
Organik moddalarni ishlab chiqarishning sanoat usullarini tahlil qilib, talabalarning e'tiborini noorganik moddalarni ishlab chiqarishda qo'llaniladigan kimyoviy reaktsiyalar tezligini nazorat qilishda bir xil usullar qo'llanilganiga qaratgan ma'qul.
