Катализ. Химия, 10 сынып, дидактикалық материал.

1-топ

Химиялық реакцияның жылдамдығын өзгерте алатын, бірақ реакция өнімдерінің құрамына кірмейтін заттарды катализаторлар деп атайды. Көптеген химиялық реакцияларарға катализатор әсер етуі мүмкін. Катализаторлардың ерекше сипаты, олар әрекеттесуші қоспада аздаған мөлшерде болса да реакцияны жылдамдатады. Катализатор қатысында реакция жылдамдығының өсу құбылысын катализ деп атайды. Катализаторлар қатысында жүретін химиялық реакциялар катализдік реакциялар деп аталады. Катализатор қызметі берілген реакцияның активтендіру энергиясын төмендетіп, ал оның жаңа тиімді жолымен жүруін қамтамассыз етеді.

Гомогендік катализде реакцияласушы заттар мен катализатор бірдей агрегаттық күйде болады. Гомогендік катализ аралық қосылыс теориясы арқылы түсіндіріледі. Бұл теория бойынша катализатор реакцияға қатысатын заттың біреуімен тұрақсыз аралық қосылыс түзеді. Бұл аралық қосылыс реакцияға қатысатын екінші затпен өте тез әрекеттесіп реакция нәтижесінде алынуға тиісті негізгі затты түзеді де , өзі қайтадан жеке күінде шығады. Бұл айтылғандарды мынандай жалпы түрде көрсетуге болады. А және В затының әрекеттесуі нәтижесінде АВ заты алынуы керек:

А + В = AB.

Бірақ бұл реакция өте баяу жүретіндіктен жүйеге катализатор (К) қосылады. Катализатор реакцияға қатысатын заттың біреуімен тұрақсыз аралық қосылыс түзеді: А + К = АK.

Әдете , мұндай реакция жылдамжүреді, өйткені бұл процестің белсендіру энергиясы аз.

Түзілген аралық қосылыс АК реакцияға қатысатын заттың екіншісімен өте тез әрекеттесіп , негізгі затты түзеді де, катализатор бөлініп шығады:

А К + В = АВ + К. Бұл теңдеу катализатор реакция нәтижесінде алынған заттың құрамына кірмейтінін көрсетеді.

3-топ

Гомогендік катализге мысалы ретінде күкірт қышқылын нитроздық жолмен өндірудегі күкірт (IV) оксидінің күкірт (VI) оксидіне айналу процесін келтіруге болады:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

Катализатор қатыспаған жағдайда бұл реакция өте баяу жүреді. Реакцияның жылдамдығын арттыру үшін катализатор ретінде азот(II) оксидін қолданады. Бұл жағдайда катализатордың (NO) атқаратын қызметін мына төмендегі реакциялар теңдеулерінен көруге болады:

O₂ + 2NO =2 NO₂ (B + K = BK)

SO₂ + NO₂ = SO₃ + NO (A+ BK = AB + K)

Бұл теңдеуден катализатор ретіндегі азот(II) оксиді оттекпен жеңіл әрекеттесіп аралық қосылыс – азот оксидін түзетінін , ал азот (IV) оксиді күкірт(IV) оксидін күкірт(VI) оксидіне оңай тотықтыратынын байқауға болады. Реакция нәтижесінде катализатор – азот (II) оксидіне жеке бөлініп шығады.

Гетерогендік катализ мысалы , контакт әдісімен SO₂ – ні O₂ –мен тотықтырғанда платина катализаторы O₂-ні адсорбциялайдыда оның атомдарының арасындағы байланыстыәлсіретіп, O₂ активтігін арттындықтан SO₂ тотығуы тез жүреді.

Адсорбциялық теория катализатордың белгілі бір салмақ бірлігінің беті неғурлым үлкен болса,соғурлым адсорбция процесі көбірек жүреді, көптеген бөлшектер активтенеді және соған сәйкес реакция жылдамдығы да артады.

2-топ

Гетерогендік катализде катализатор мен реакцияласушы заттардың жанасу бетінің маңызы өте зор . Мысалы, ұнтақ түрінде алынған платина салмағы бірдей кесек платинаға қарағанда реакция жылдамдығын жүздеген есе арттырады. Сондықтан катализатор жанасу бітін, яғни реакция жүретін бетін үлкейту үшін катализаторды кесек күйінде қолданбайды, оны ұнтақтап кеуек заттың бетіне жапсыру арқылы қолданылады.

Гетерогендік катализдің мысалы ретінде күкірт (VI)оксидін контакт әдісімен алу реакциясын келтіруге болады:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

Гетерогендік катализді адсорбция теориясы түсіндіреді. Бұл теория бойынша газ тәрізді немесе сұйық күйдегі әрекеттесуші заттар катализатордың бетінде адсорбцияланады. Адсорбцияланудың нәтижесінде реакцияға қатысушы заттардың концентрациясы артып, молекулаларарасындағы соқтығысу санының жоғарлауына әкеледі, демек, реакцияның жылдамдығы күшейеді. Бірақ катализатордың әрекеті мұнымен ғана шектелмейді. Реакцияға қатысатын заттардың молекулаларындағы атомдардың катализатор атомдарымен әрекеттесуі нәтижесінде әрекеттесуші заттар молекулаларының атомдарының арасындағы химиялық байланыс әлсіреп , олардын активтігі артады. Бұл жағдайда өшірткінің қатысуы аз белсендіру энергиясын қажет етеді.Бұл кезде кейбір адсорбцияланған молекулалар химиялық активтігі өте күшті болатын атомдарға да ыдырайды.

Катализ үдерісі мына сатылардан тұрады :1.Бастапқы заттардың катализатор бетінде адсорбциялануы:      A+B+Kт       Бұл үдеріс әдетте активтелген және экзотермиялық.2.Адсорбцияланған күйдің  активті жағдайға ауысуы:              ABKт т Бұл үдеріске гетерогенді каталиттік реакцияның шынайы активтендіру энергиясы деп аталатын белгілі бір энергия қажет .3. Адсорбцияланған  күйде  соңғы өнімдері түзу реакциясы :     АВ өнімдер Кт4.Адсорбцияланған өнімдердің  десорбцияланып , катализатордың қайта қалпына келуі:               өнімдер+КтДемек , гетерогенді  катализде де катализатордың жылдамдату әсері гомогенді катализдегәдей , аралық қосылыстардың түзәләп , активтендіру энергиясының өмендеуіне байланысты .