Hóa học là khoa học về các chất và sự biến đổi của chúng, cũng như các phương pháp thu nhận chúng. Ngay cả trong chương trình học thông thường, một vấn đề quan trọng như các loại phản ứng cũng được xem xét. Sự phân loại mà học sinh được giới thiệu ở cấp độ cơ bản có tính đến sự thay đổi mức độ oxy hóa, giai đoạn của quá trình, cơ chế của quá trình, v.v. Ngoài ra, tất cả các quá trình hóa học được chia thành không xúc tác và có xúc tác các phản ứng. Ví dụ về sự biến đổi diễn ra với sự tham gia của chất xúc tác mà một người gặp trong cuộc sống bình thường: lên men, phân rã. Các biến đổi không xúc tác hiếm hơn đối với chúng ta.
Chất xúc tác là gì
Đây là một chất hóa học có thể thay đổi tỷ lệ tương tác, nhưng không tham gia vào chính nó. Trong trường hợp quá trình được tăng tốc với sự trợ giúp của chất xúc tác, chúng ta đang nói về xúc tác tích cực. Trong trường hợp một chất được thêm vào quá trình làm giảm tốc độ của phản ứng, nó được gọi là chất ức chế.
Các loại xúc tác
Xúc tác đồng nhất và không đồng nhất khác nhau ở pha, ởmà các nguyên liệu ban đầu nằm ở đâu. Nếu các thành phần ban đầu được lấy cho tương tác, bao gồm cả chất xúc tác, ở cùng trạng thái tập hợp, thì xúc tác đồng thể sẽ tiến hành. Trong trường hợp các chất ở các pha khác nhau tham gia phản ứng thì xảy ra xúc tác dị thể.
Tính chọn lọc của hành động
Xúc tác không chỉ là một phương tiện để tăng năng suất của thiết bị, nó có ảnh hưởng tích cực đến chất lượng của sản phẩm tạo thành. Có thể giải thích hiện tượng này là do tác dụng chọn lọc (chọn lọc) của hầu hết các chất xúc tác nên phản ứng trực tiếp được tăng tốc, các quá trình phụ bị giảm. Cuối cùng, sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao, không cần phải tinh chế thêm các chất. Tính chọn lọc của hoạt động chất xúc tác giúp giảm thực sự chi phí phi sản xuất của nguyên liệu thô, mang lại lợi ích kinh tế tốt.
Lợi ích của việc sử dụng chất xúc tác trong sản xuất
Điều gì khác đặc trưng cho phản ứng xúc tác? Ví dụ từ một trường trung học điển hình cho thấy việc sử dụng chất xúc tác cho phép quá trình được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn. Các thí nghiệm xác nhận rằng nó có thể được sử dụng để giảm đáng kể chi phí năng lượng. Điều này đặc biệt quan trọng trong điều kiện hiện đại, khi thiếu các nguồn năng lượng trên thế giới.
Ví dụ về sản xuất xúc tác
Ngành công nghiệp nào sử dụng phản ứng xúc tác? Ví dụ về các sản phẩm như vậy:sản xuất axit nitric và sulfuric, hydro, amoniac, polyme, lọc dầu. Xúc tác được sử dụng rộng rãi trong sản xuất axit hữu cơ, rượu monohydric và polyhydric, phenol, nhựa tổng hợp, thuốc nhuộm và thuốc.
Chất xúc tác là gì
Nhiều chất có trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Dmitry Ivanovich Mendeleev, cũng như các hợp chất của chúng, có thể hoạt động như chất xúc tác. Trong số các chất xúc tiến phổ biến nhất là: niken, sắt, bạch kim, coban, aluminosilicat, oxit mangan.
Tính năng của chất xúc tác
Ngoài tác dụng chọn lọc, chất xúc tác có độ bền cơ học tuyệt vời, chúng có thể chịu được chất độc xúc tác và dễ dàng tái sinh (phục hồi).
Theo trạng thái pha, phản ứng đồng thể xúc tác được chia thành pha khí và pha lỏng.
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các loại phản ứng này. Trong dung dịch, cation hiđro H +, ion bazơ hiđroxit OH-, cation kim loại M + và các chất góp phần hình thành gốc tự do đóng vai trò là chất đẩy nhanh quá trình biến đổi hóa học.
Tinh chất xúc tác
Cơ chế của xúc tác trong tương tác giữa axit và bazơ là có sự trao đổi giữa chất tương tác và ion dương của chất xúc tác (proton). Trong trường hợp này, sự biến đổi nội phân tử diễn ra. Theo nàyphản ứng diễn ra như thế này:
- khử nước (tách nước);
- hydrat hóa (gắn các phân tử nước);
- este hóa (sự hình thành este từ rượu và axit cacboxylic);
- polycondensation (hình thành polyme với việc loại bỏ nước).
Lý thuyết về xúc tác không chỉ giải thích bản thân quá trình mà còn giải thích các biến đổi bên có thể xảy ra. Trong trường hợp xúc tác dị thể, chất xúc tác của quá trình tạo thành một pha độc lập, một số tâm trên bề mặt của chất phản ứng có đặc tính xúc tác, hoặc toàn bộ bề mặt có liên quan.
Ngoài ra còn có một quá trình vi đồng nhất, bao gồm sự hiện diện của chất xúc tác ở trạng thái keo. Biến thể này là một trạng thái chuyển tiếp từ một loại xúc tác đồng nhất sang một loại không đồng nhất. Hầu hết các quá trình này diễn ra giữa các chất ở thể khí bằng cách sử dụng chất xúc tác rắn. Chúng có thể ở dạng hạt, viên nén, ngũ cốc.
Sự phân bố của xúc tác trong tự nhiên
Xúc tác bằng enzym khá phổ biến trong tự nhiên. Với sự trợ giúp của chất xúc tác sinh học, quá trình tổng hợp các phân tử protein được tiến hành, quá trình trao đổi chất trong cơ thể sống được thực hiện. Không một quá trình sinh học nào xảy ra với sự tham gia của các sinh vật sống lại bỏ qua các phản ứng xúc tác. Ví dụ về các quá trình quan trọng: tổng hợp các protein cụ thể cho cơ thể từ các axit amin; phân hủy chất béo, protein, carbohydrate.
Thuật toán xúc tác
Chúng ta hãy xem xét cơ chế của xúc tác. Quá trình này, diễn ra trên máy gia tốc tương tác hóa học rắn xốp, bao gồmcho mình một vài giai đoạn cơ bản:
- sự khuếch tán của các chất tương tác lên bề mặt của các hạt xúc tác từ lõi của dòng chảy;
- sự khuếch tán của thuốc thử trong lỗ xốp của chất xúc tác;
- hấp phụ hóa học (hấp phụ hoạt hóa) trên bề mặt của máy gia tốc phản ứng hóa học với sự xuất hiện của các chất trên bề mặt hóa học - phức chất xúc tác-phản ứng hoạt hóa;
- sắp xếp lại các nguyên tử với sự xuất hiện của sự kết hợp bề mặt "sản phẩm xúc tác";
- khuếch tán trong lỗ chân lông của máy gia tốc phản ứng sản phẩm;
- sự khuếch tán của sản phẩm từ bề mặt hạt của máy gia tốc phản ứng vào dòng chảy lõi.
Phản ứng có xúc tác và không có xúc tác rất quan trọng nên các nhà khoa học đã tiếp tục nghiên cứu về lĩnh vực này trong nhiều năm.
Với xúc tác đồng nhất, không cần xây dựng cấu trúc đặc biệt. Xúc tác enzym trong phiên bản không đồng nhất liên quan đến việc sử dụng các thiết bị khác nhau và cụ thể. Đối với dòng chảy của nó, các thiết bị tiếp xúc đặc biệt đã được phát triển, chia nhỏ theo bề mặt tiếp xúc (trong ống, trên thành, lưới xúc tác); với một lớp lọc; lớp cân; với chất xúc tác nghiền thành bột chuyển động.
Trao đổi nhiệt trong các thiết bị được thực hiện theo nhiều cách khác nhau:
- thông qua việc sử dụng bộ trao đổi nhiệt từ xa (bên ngoài);
- với sự trợ giúp của bộ trao đổi nhiệt được tích hợp trong bộ máy tiếp xúc.
Bằng cách phân tích các công thức trong hóa học, người ta cũng có thể tìm thấy những phản ứng như vậy, trong đó chất xúc tác là một trong những sản phẩm cuối cùng được hình thành trong quá trình tương tác hóa họcthành phần ban đầu.
Các quá trình như vậy thường được gọi là quá trình tự xúc tác, bản thân hiện tượng này được gọi là quá trình tự xúc tác trong hóa học.
Tỷ lệ của nhiều tương tác liên quan đến sự có mặt của một số chất trong hỗn hợp phản ứng. Các công thức của chúng trong hóa học thường bị bỏ sót nhất, được thay thế bằng từ "chất xúc tác" hoặc phiên bản viết tắt của nó. Chúng không được bao gồm trong phương trình lập thể cuối cùng, vì chúng không thay đổi theo quan điểm định lượng sau khi hoàn thành tương tác. Trong một số trường hợp, một lượng nhỏ các chất đủ để ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ của quá trình. Các tình huống cũng khá dễ chấp nhận khi bản thân bình phản ứng hoạt động như một chất xúc tiến của tương tác hóa học.
Bản chất của tác động của chất xúc tác đối với việc thay đổi tốc độ của một quá trình hóa học là chất này có trong thành phần của phức chất hoạt động, và do đó làm thay đổi năng lượng hoạt hóa của tương tác hóa học.
Khi phức hợp này phân hủy, chất xúc tác được tái sinh. Điểm mấu chốt là nó sẽ không được chi tiêu, nó sẽ vẫn giữ nguyên số tiền sau khi kết thúc tương tác. Chính vì lý do này mà một lượng nhỏ hoạt chất là khá đủ để thực hiện phản ứng với cơ chất (chất tham gia phản ứng). Trên thực tế, một lượng không đáng kể chất xúc tác vẫn được tiêu thụ trong các quá trình hóa học, vì có thể xảy ra nhiều quá trình phụ khác nhau: nhiễm độc, tổn thất công nghệ và sự thay đổi trạng thái bề mặt của chất xúc tác rắn. Công thức hóa học không có chất xúc tác.
Kết
Các phản ứng trong đó một chất hoạt động (chất xúc tác) tham gia bao quanh một người, ngoài ra, chúng cũng xảy ra trong cơ thể người đó. Phản ứng đồng thể ít phổ biến hơn nhiều so với tương tác không đồng nhất. Trong mọi trường hợp, các phức chất trung gian được hình thành đầu tiên, không bền, bị phá hủy dần dần, và sự tái sinh (phục hồi) của chất xúc tiến của quá trình hóa học được quan sát thấy. Ví dụ, khi axit methosphoric phản ứng với kali persulfat, axit hydroiodic đóng vai trò là chất xúc tác. Khi nó được thêm vào các chất phản ứng, một dung dịch màu vàng được tạo thành. Khi bạn đến gần cuối quá trình, màu sắc dần biến mất. Trong trường hợp này, iốt hoạt động như một sản phẩm trung gian, và quá trình xảy ra trong hai giai đoạn. Nhưng ngay khi tổng hợp được axit metaphotphoric, chất xúc tác sẽ trở lại trạng thái ban đầu. Chất xúc tác không thể thiếu trong công nghiệp, chúng giúp tăng tốc độ biến đổi và thu được các sản phẩm phản ứng chất lượng cao. Các quá trình sinh hóa trong cơ thể chúng ta cũng không thể xảy ra nếu không có sự tham gia của chúng.
