|
Kataliz nazariyalari. Fermentativ kataliz Reja
|
| bet | 1/8 | | Sana | 04.06.2024 | | Hajmi | 29,88 Kb. | | #260006 |
Bog'liq Kataliz maruza
Kataliz nazariyalari. Fermentativ kataliz
Reja:
1.Kataliz nima.
2.Kataliz turlari.gomogen va getegen kataliz
3.Fermentativ kataliz.
Kataliz (yun. katalysis — buzilish, parchalanish) — kimyoviy reaksiyalar tezligining baʼzi moddalar (katalizatorlar) taʼsirida oʻzgarishi. Katalizator reaksiyaga kirishuvchi modda (reagent)lar bilan bir qancha oraliq birikmalar hosil qilib, reaksiya nihoyasida miqdori va tarkibi oʻzgarmasdan ajralib chiqadi. Katalizator sifatida turli xil moddalar (gaz, suyuqliklar va qattiq moddalar) ishlatilishi mumkin. Reagentlar va katalizatorlarning fazaviy holatiga qarab katalitik jarayonlar, asosan, gomogen va geterogen K.ga boʻlinadi. Bundan tashqari, mikrogeterogen, fermentativ katalitik jarayonlar ham mavjud. Gomogen K.da reagentlar bilan katalizator bir jinsli aralashma hosil qiladi. Reaksiya gaz yoki suyuq fazada boradi. Katalizator sifatida atomlar, ionlar, molekulalar ishtirok etishi mumkin. Bunday katalitik jarayon mexanizmini sharxlash uchun oraliq moddalar nazariyasi ishlab chiqilgan. Bu nazariyaga asosan, reagentlar katalizator bilan beqaror oraliq moddalar hosil qiladi. Soʻngra bu moddalar parchalanib katalizator qayta tiklanadi (regeneratsiya). Suyuq fazadagi kislotaasosli K. mexanizmi reagentlar bilan katalizator oʻrtasidagi proton almashinishiga asoslangan. Mas:R-CH=CH2+HA -" R-CH2-CH2++A~R-CH2-CHj+H+OH^R-CH2CH2OH+H+N+ + A -> NAGomogen katalitik jarayonning tezligi juda koʻp omillarga, xususan, reagentlar va katalizatorlar konsentratsiyasi, temperatura, bosim va aralashtirish darajasiga bogʻliq. Bu jarayonning asosiy kamchiligi mahsulot tarkibidan katalizatorni ajratib olish (tozalash) zarur boʻladi. Geterogen K.da katalizator sifatida qattiq moddalar ishlatiladi. Ularning sharsimon, granulasimon, spiralsimon va b. turlari maʼlum. Shuningdek, bu katalizatorlar tarkibiga koʻra, bir, ikki yoki koʻp komponentli, holatiga qarab oksidsimon, metallsimon boʻladi. Geterogen K. baʼzan kontakt K. deb ham ataladi. Bu jarayon nihoyasida mahsulotdan (suyuq yoki fazadagi) katalizator oson ajratib olinadi. Shu sababli geterogen K. sanoatda keng qoʻllaniladi. Mikrogeterogen K.da reaksiya suyuq fazada boradi, katalizator sifatida kolloid zarrachalar ishtirok etadi. Fermentativ K. oʻsimlik yoki hayvon toʻqimalarida sodir boʻladi, bu reaksiyada katalizator sifatida kolloid holdagi oqsil zarrachalari — fermentlar xizmat qiladi. Baʼzi moddalar kimyoviy reaksiya tezligini susaytiradi yoki toʻxtatadi. Bunday moddalar antikatalizator yoki ingibitorlar deb ataladi. Bu holatni manfiy K. deyiladi. Sanoatda, asosan, musbat K. katta ahamiyatga ega. Katalizator qoʻllanganga bir vaqtda borishi mumkin boʻlgan parallel reaksiyalardan faqat birining tezligi ortadi. Boshqalari esa toʻxtaydi (selektiv K.). Mas:[Ad]SN2—SN2[Pd] [Si]K. jarayonida hosil boʻladigan oraliq kompleks birikmalar bilan dastlabki moddalar energiyasi orasidagi farq aktivlanish energiyasi deyiladi. Kimyoviy reaksiyalar tezligi, asosan, shu energiyaning miqdoriga bogʻliq boʻlib, unga teskari proporsionaldir. Katalitik jarayonning aktivlanish energiyasi qancha kam boʻlsa, reaksiya tezligi shuncha yuqori boʻladi. K. jarayonida qoʻllaniladigan katalizatorning roli kimyoviy reaksiyalar aktivlanish energiyasini kamaytirishdan iborat boʻlib, buning natijasida reaksiya yoʻlini oʻzgartiradi yoki uni zanjirsimon mexanizmga oʻtkazadi. K. borish mexanizmiga qarab, asosan, ikkiga boʻlinadi: kislota-asos katalizi va oksidlanish-qaytarilish katalizi. Kislota-asos K.da kislota-asoslar katalizator boʻladi. Bu reaksiyalarda proton almashinishi roʻy beradi, yaʼni proton katalizatordan reagentga yoki, aksincha, reagentdan katalizatorga oʻtadi. K. jarayoni keyingi bosqichda polimerlanish, izomerlanish: kreking jarayonlari alyuminiy silikat taʼsirida shu kislotaasos katalizi mexanizmi bilan boradi. Oksidlanish-qaytarilish katalizida metall, metall oksidlari, tuzlar katalizator boʻlib xizmat qiladi. Bunday K.da elektron almashadi, elektron katalizatorlardan reagentga yoki, aksincha, reagentdan katalizatorga oʻtadi. Shunday qilib, ok-sidlanish — qaytarilish jarayoni sodir boʻladi. Maʼlum katalizator yoki katalizatorlar guruhi kimyoviy reaksiyaning maʼlum yoʻnalishinigina oʻzgartiradi, tezlatadi, xolos. Shunga koʻra, muayyan reaksiya uchun katalizator tanlash amaliy ahamiyatga ega boʻlgan asosiy va muhim vazifadir. Hoz. vaqtda K.ning umumlashgan yagona nazariyasi mavjud boʻlmasada, uning baʼzi tomonlarini eʼtiborga olgan ayrim nazariyalar bor. Rus kimyogarlari N. I. Kobozevning faol ansambl, A. A. Balandinning multiplet K.i.ning elektron va zanjir nazariyalari shular jumlasidandir.
Reaksiya tezligini katalizatorlar yordamida oshirish mumkin.
Temperaturani oshirgandan ko'ra katalizator ishlatgan afzalroq,
bundan tashqari temperaturani hamma vaqt ham oshirish imkoni
bo'lavermaydi.
Kimyoviy reaksiyalarning tezligini o‘zgartiradigan moddalar
katalizatorlar deyiladi.
Ba’zi katalizatorlar reaksiyani juda tezlashtirib yuboradi —
musbat kataliz yoki to'g'ridan-to'g'ri kataliz, boshqalari
sekinlashtiradi — manfiy katalizlar deyiladi. Musbat ka-
talizga sulfat kislotaning oksidlanib nitrat kislotaga aylanishi va b.
misol bo'la oladi. Manfiy katalizga natriy sulfat eritmasi bilan havo
kislorodining o'zaro ta’sirlanish reaksiyasining etil spirt ishtirokida
sekinlashishi yoki vodorod peroksid parchalanish tezligining oz
miqdordagi sulfat kislota (0,0001 massa qism) ishtirokida kamayishi
va boshqalar misol bo'ladi. Manfiy kataliz ko'pincha ingibitorlash,
reaksiya tezligini kamaytiruvchi manfiy katalizatorlar esa —
ingibitorlar deyiladi (ularning ta’sir etish mexanizmi kataliza-
torlarning ta’siridan farq qiladi).
Katalizatorlar ishtirokida sodir bo‘ladigan kimyoviy reaksiyalar
katalitik reaksiyalar deyiladi.
Ko'pchilik kimyoviy reaksiyalarga katalitik ta’sir ko'rsatish
mumkin. Katalizatorlarning soni juda ko'p, ularning katalitik aktivligi
esa turli-tumandir. Bu aktivlik reaksiya tezligining katalizator tufayli
o'zgarishi bilan aniqlanadi.
Katalizatorning o‘zi reaksiyalarda sarflanmaydi va oxirgi
mahsulotlar tarkibiga kirmaydi.
Katalizning ikki turi — gomogen (bir jinsli) va geterogen (bir
jinsli emas) kataliz bor.
Gomogen katalizda reaksiyaga kirishuvchi moddalar
va katalizator bir fazali sistemadan — gaz yoki suyuq sistemani
hosil qiladi, katalizator bilan reaksiyaga kirishuvchi moddalar
orasida chegara sirti bo'lmaydi. Masalan, vodorod peroksidning
tuzlar eritmalari ishtirokida (suyuq faza) katalitik parchalanishi.Gomogen katalizda kimyoviy reaksiyaning tezligi katalizatorning
konsentratsiyasiga proporsional bo'lishi aniqlangan.
Geterogen katalizda reaksiyaga kirishuvchi moddalar
bilan katalizator turli fazalardan iborat sistemani hosil qiladi. Bunda
reaksiyaga kirishuvchi moddalar bilan katalizator orasida chegara
sirti bo'ladi. Odatda katalizator — qattiq modda, reaksiyaga
kirishuvchi moddalar — gazlar yoki suyuqliklar bo'ladi. Misol
tariqasida ammiakning (gazsimon faza) platina ishtirokida (qattiq
faza) oksidlanishini yoki vodorod peroksidning (suyuq faza)
ko'mir yoki marganes (IV) oksid (qattiq faza) ishtirokida
parchalanishini keltirish mumkin. Geterogen katalizda barcha
reaksiyalar katalizator sirtida sodir bo'ladi. Shu sababli qattiq
katalizatorning aktivligi uning sirtining xossalariga (o'lchamlari,
kimyoviy tarkibi, tuziiishi va holatiga) ham bog'liq bo'ladi.
Katalizatorlar ta’sirining mexanizmi odatda reaksiyaga kiri¬shuvchi moddalardan birining oraliq birikmalar hosil qilishi bilan
tushuntiriladi. Masalan, agar sekin boradigan reaksiya A+B=AB
katalizator К ishtirokida olib borilsa, u holda katalizator boshlan
g'ich moddalarning biri bilan reaksiyaga kirishadi va beqaror oraliq
birikma hosil qiladi:
A+K=AK
Reaksiya tez ketadi, chunki bu jarayonning aktivlanish ener¬giyasi kam. So'ngra oraliq birikma AK boshlang'ich moddaning
ikkinchisi bilan o'zaro ta’sirlashadi, bunda katalizator ajralib chiqadi:
AK+B=AB+K
Katalizatorning sirti bir jinsli emas. Unda aktiv markazlar
bor bo‘lib, katalitik reaksiyalar asosan ana shu markazlarda sodir
bo‘ladi. Reaksiyaga kirishadigan moddalar markazlarda sodir boiadi.
Reaksiyaga kirishadigan moddalar shu markazlarga adsorbilanadi,
natijada ularning katalizator sirtidagi konsentratsiyasi ko‘payadi. Bu
hoi ko‘pincha reaksiyaning tezlashuviga olib keladi. Lekin reaksiya
tezligi ortishining asosiy sababi adsorbilangan molekulalar kimyoviy
aktivligining keskin kuchayishidir. Katalizator ta’sirida adsorbilangan
molekulalarda atomlar orasidagi bogianishlar susayadi va ular
reaksiyaga kirishuvchi bolib qoladi. Bu holda ham reaksiya
aktivlantirish energiyasining kamayishi (shu jumladan katalizator
sirtida oraliq birikmalar hosil bolishi hisobiga) tufayli tezlashadi.
Ba’zi moddalar qattiq katalizatorning aktivligini kamaytiradi
yoki butunlay yo‘qotadi. Bunday moddalar katalitik, zaharlar
deyiladi. Misol tariqasida mishyak, simob, qo‘rg‘oshin
birikmalarini, sianli birikmalarni keltirish mumkin, ular, ayniqsa,
platina katalizatorlarga tez ta’sir etadi. Ishlab chiqarish sharoitida
reaksiyaga kirishadigan moddalar katalitik zaharlardan tozalanadi,
zaharlangan katalizator esa regeneratsiya qilinadi (zahardan
ajratiladi).
Shuni alohida ta’kidlab olish kerakki, katalizator tanlab ta’sir
etadi, shu sababli turli katalizatorlarni ishlatib, bitta moddaning
o‘zidan turli xil mahsulotlar olish mumkin. Masalan, katali¬zator — aluminiy oksid A1203 ishtirokida 300°C da etil spirtdan
suv bilan etilen olinadi:
C2H5OH-> H20+C2H4
Biologik katalizatorlar — fermentlar alohida ahamiyatga ega.
0‘simlikva hayvon organizmlaridagi murakkab kimyoviy jarayonlar
ana shu katalizatorlar ishtirokida sodir boiadi.
|
| |
