Қазақстан республикасының білім және ғылым министірлігі
жүктеу/скачать 229,54 Kb.
|
Абдирова Азиза ХИ-202К СРС ФХ2
- Бұл бет үшін навигация:
- Гетерогенді катализ теориялары.
|
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТІРЛІГІ ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ Химия және химиялық технология факультеті Дисциплина: Физикалық химия СӨЖ Тақырыбы: “Гетерогенді катализ теориялары.” Оқытушы: Оспанова А.К. Ғылыми дәрежесі: Профессор Студент: Абдирова А.П. Мамандығы: Химия, ХИ-202К Алматы, 2022 ж. Гетерогенді катализ теориялары. КАТАЛИЗ (грек. katalysіs – бұзылу) – реакция өнімдерінің құрамына кірмейтін, бірақ реакцияға қатысатын катализаторлардың әсерінен реакция жылдамдығының өзгеруі. “Катализ” терминін алғаш рет 1835 жылы швед химигі И.Берцелиус енгізген. Катализ деп химиялық реакциялардың катализатор қатынасуы арқылы жылдамдықтарының өзгеруін немесе олардың қоздырылуын айтады. Катализ туралы қазіргі түсінік каталитик-ғалым Боресков Г.К. жасаған анықтама бойынша толық бейнеленеді: катализ – бұл реакцияға қатысушылармен химиялық әрекеттесіп аралық қосылыс түзетін, бірақ әрбір аралық циклден кейін өзінің химиялық құрамын сақтап қалатын заттар-катализаторлар қатысуымен химиялық реакцияның жылдамдығының өзгеруі. Катализді оң катализ және теріс катализ деп екіге бөледі. Оң катализ кезінде катализатор реакция жылдамдығын арттырады, ал теріс катализ кезінде реакция жылдамдығы баяулайды. Реакция жылдамдығын әлсірететін заттарды кейде ингибиторлар деп те атайды. Реакцияланатын заттар мен катализаторлардың фазалық күйіне байланысты катализ гомогенді, гетерогенді және ферментативті болып бөлінеді. Гомогенді катализ – катализатор да, реагирлеуші зат та бір фазалық жағдайда – сұйық немесе газтәрізді болатын процестер тобы. Процесс аралық тұрақсыз стехиометриялық құрамды қосылыстардың түзілуі арқылы жүреді. Гетерогенді катализ – катализатор да, реагирлеуші зат та әр түрлі фазада болатын процестер тобы. Көпшілік жағдайда катализатор - қатты, ал реагирлеуші зат – сұйық немесе газ түрінде болады. Процесс аралық тұрақсыз қосылыстардың стехиометриялық емес құрам кезеңі бойынша өтеді. Ферментативті катализ –ферменттер қатысында өтеді. Реакцияға тікелей әрекеттесу аркылы оның жылдамдығып өзгертетін, бірақ реакция нәтижесінде түзелетін заттардыц құрамына кірмейтін, соңында өзінің алғашкы қалпына қайта келетін заттарды катализатор дейді. Катализатор қатысуымен өтетін процестер катализдік процестер деп аталады. Гетерогенді катализ - деп әрекеттесетін реагент пен ондағы катализатор әртүрлі фазада болатын реакцияларды айтады. Гетерогенді катализде катализатор қатты зат, ал реагенттер не сұйық, не газды күйінде болады. Мұндай реакциялар екі фаза аралығында, яғни фазалық бетте, катализатордың бетінде жүреді. Гетерогенді катализде катализатор болатын заттың қасиеті, табиғи ерекшелігі мен құрылысы, химиялық құрамы мен беттік сипатының, маңызы зор. Мысалы, платина пластинасын сутек пероксидіне батырса, онда ешбір өзгеріс байқалмайды. Ал осы пластина бетін қырып, сосын сутек пероксидіне батырса, реакцияның едәуір жылдам жүретіні соншама, оттектің бөлінгені көпіршік түрінде көрінеді. Платинаны ұсақтап қолданса, реакция жылдамдығы күрт жоғарылайды. Енді сутек пероксидіне платинаны коллоидты өлшемдегідей етіп ұнтақтап салса, реакция қопарылыспен аяқталады. Әдетте барлық гетерогенді каталиттік реакциялар олар өте карапайым болса да, бірнеше сатыдан тұратын реакциялар арқылы жүреді: әрекеттесуші молекулалардың өзара жақындасуы; молекулалардың катализатордағы активтілік орталығына бағытталуы, әрекеттесетін молекуланың адсорбциялануы; молекулалардың химиялық өзгеруі; реакция өнімінің десорбциялануы; өнімнің катализатор бетінен алыстауы. Жалпы катализдегідей бұл процесте катализатордың активтілігі концентрацияға, температураға, қысымға, әрекеттесетін реагенттер мен катализатордық химиялық құрамына, тағы да басқаларға байланысты болады. Қазір жүздеген, мыңдаған каталиттік реакциялар кеңінен зерттеліп, сипаты жағынан топтастырылған, олардьщ біразы өндірісте-негізгі технологиялық процестерде қолданылады. Гетерогенді катализдің механизмі мен себептерін түсінуде көптеген тәжірибе кезінде жинақталған мәліметтерге негізделген екі жайдың маңызы зор: катализатор бетіне әрекеттесетін реагенттің адсорбциялануы; каталиттік реакцияларға катализатордың беті түгелдей қатынаспай, тек активті орталық деп аталатын жекеленген шағын бөлшектерден тұратын, аса көп емес бөлігінің ғана әрекеттесуі. Демек адсорбция гетерогенді катализдегі бірден-бір маңызды, негізгі сатылардың бірі. Осындай адсорбция кезінде катализатордың беткі қабатында орналасқан молекулалардың структуралық құрамы өзгеріп, олардың реакцияға түсу қабілеті артады. Мұндай катализатор бетіне адсорбцияланған молекулалардың химиялық байланыстары әлсіреп, өздерінін, кұрылымын өзгертуі хемосорбция кезінде байқалады. Олай болса, осындай жағдайдағы гетерогенді катализдің механизмін хемосорбция анықтайды екен. Катализатордың беткі қабатына хемосорбцияланған реагенттің, мономолекуладан тұратын қабаты ерекше сипатталатын аралық қабат ретінде қарастырылады және ол өте тұрақсыз болғандықтан да реакцияға түсуге қабілеті жоғары болады. Осылайша гетерогенді катализ кезінде катализатордың беткі қабатында аралық қосылыстар пайда болып тұрады. Активті орталықтардың болуы тікелей және жанама алынған деректер арқылы дәлелденеді. Катализаторлардын, улануы үшін удың өте аз мөлшері жеткілікті. Катализатор бетінің тегіс активті емес екені уланған бөліктердің түрінен де, рентгенографиялық әдістің талдауынан да, электронды микроскоп мәліметінен де анық көрінеді. Осы активті орталықтарда аса күшті теңестірілмеген электр өрісі болатындықтан, заттар негізінен осындай жерлерге адсорбцияланады. Адсорбциялы гетерогенді катализдің барлық теориялары ондағы активті орталықтың маңызы мен құрылысын, сондай-ақ ондағы молекулалардың энергетикалық күйін анықтауға бағытталады. Қатты катализаторлардың беткі қабатындағы активті орталықтардың пайда болуы оның беткі кабатының мүлдем тегіс болмауымен түсіндіріледі. Мысалы, өте мұқият тегістеліп әзірленген мыс, никель, күміс, алтын, платина сиякты металдардың бетін электронды микроскоп көмегімен әлденеше мыңдаған рет үлкейтіп, кескінін суретке түсіргенде, беттері биіктігі 10-9 м шамасындағы істік тісшелер мен бұдырлардан тұратыны байқалады. Мұндағы осы істік тісшелердің ұшына орналасқан қатты катализаторлардың атомдары тұрақсыздау болғандықтан, олар активті орталыққа айналып, ішкі кабат пен шұқыршаларға орналасқан атомдар тұрақты, оларға реагент әсер етпегендіктен де активсіз. Олай болса, осындағы активті атомдарда еркіндік күштің өрісі молырак, болғандықтан, онда әрекеттесуші молекулалар адсорбцияланады. жүктеу/скачать 229,54 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|