Katalizatorlar kimyoviy reaktsiyada katalizatorlarning o'zlari iste'mol qilinmasdan kimyoviy reaktsiyani tezlashtiradigan moddalardir. Katalizatorlar kimyoviy reaksiya mexanizmini o'zgartirishi aniqlangan. Bunday holda, energiya to'sig'ining past balandligi bilan tavsiflangan boshqa, yangi o'tish holatlari paydo bo'ladi. Shunday qilib, katalizator ta'sirida u kamayadi

jarayonning faollashuv energiyasi (3-rasm). Oraliq zarrachalar bilan har xil turdagi o'zaro ta'sirlarga kirishganda, katalizatorlar reaktsiya oxirida o'zgarmagan miqdorda qoladi. Katalizatorlar faqat termodinamik ruxsat etilgan reaktsiyalarga ta'sir qiladi. Katalizator reaksiyaga olib kela olmaydi, chunki uning harakatlantiruvchi kuchlariga ta'sir qilmaydi. Katalizator kimyoviy muvozanat konstantasiga ta'sir qilmaydi, chunki to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning faollashuv energiyasini teng ravishda kamaytiradi.

3-rasm A + B = AB reaksiyaning energiya diagrammasi a) katalizatorsiz va b) katalizator ishtirokida. Ea - katalitik bo'lmagan reaksiyaning faollashuv energiyasi; Ea 1 va Ea 2 - katalitik reaksiyaning faollashuv energiyasi; AA - katalizatorning reaktivlardan biri bilan oraliq reaktiv birikmasi; A...K, AK...B – katalitik reaksiyaning faollashgan komplekslari; A…B - katalitik bo'lmagan reaksiyaning faollashtirilgan kompleksi; ∆E mushuk. – katalizator ta’sirida aktivlanish energiyasining kamayishi.

Bir jinsli va geterogen kataliz mavjud. Birinchi holda, katalizator reagentlar bilan bir fazada bo'ladi, ikkinchisida, katalizator qattiq modda bo'lib, uning yuzasida reagentlar o'rtasida kimyoviy reaksiya sodir bo'ladi.

Kimyoviy muvozanat

Kimyoviy reaksiyalar odatda qaytar va qaytarilmas bo'linadi. Qaytarib bo'lmaydigan kimyoviy reaktsiyalar boshlang'ich moddalardan kamida bittasi to'liq iste'mol qilinmaguncha davom etadi, ya'ni. Reaktsiya mahsulotlari yo bir-biri bilan umuman o'zaro ta'sir qilmaydi yoki asl moddalardan farqli moddalar hosil qiladi. Bunday reaktsiyalar juda kam. Masalan:

2KClO 3 (tv) = 2KCl (tv) + 3O 2 (g)

Elektrolitlar eritmalarida yog'ingarchilik, gazlar va kuchsiz elektrolitlar (suv, kompleks birikmalar) hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladigan reaktsiyalar amalda qaytarilmas hisoblanadi.

Ko'pgina kimyoviy reaktsiyalar teskari, ya'ni. ular ham oldinga, ham orqaga boradilar. Bu to'g'ridan-to'g'ri va teskari jarayonlarning faollashuv energiyalari bir-biridan bir oz farq qilganda va reaktsiya mahsulotlari boshlang'ich moddalarga aylana olganida mumkin bo'ladi. Masalan, HI sintez reaktsiyasi odatda qaytariladigan reaktsiyadir:

H 2(g) +I 2(g) ⇄ 2HI (g)

To'g'ridan-to'g'ri va teskari jarayonlar uchun massa ta'sir qonuni (reaktsiya tezligini ifodalash) mos ravishda quyidagi ko'rinishga ega bo'ladi: = ∙ ; = 2

Vaqtning ma'lum bir nuqtasida, to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligi tenglashganda holat yuzaga keladi = (4-rasm).

4-rasm To'g'ridan-to'g'ri ( va teskari ( reaksiyalar) t vaqt ichida tezligining o'zgarishi

Bu holat kimyoviy muvozanat deb ataladi. U tabiatan dinamik (harakatlanuvchi) bo'lib, tashqi sharoitlarning o'zgarishiga qarab u yoki bu yo'nalishda siljishi mumkin. Muvozanat holatidan boshlab, doimiy tashqi sharoitda boshlang'ich moddalar va reaktsiya mahsulotlarining kontsentratsiyasi vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydi. Muvozanat holatiga mos keladigan reaktivlarning konsentratsiyasi deyiladi muvozanat. Reagentning muvozanat konsentratsiyasini aniqlash uchun uning dastlabki konsentratsiyasidan muvozanat holati yuzaga kelgan vaqtgacha reaksiyaga kirishgan moddaning miqdorini ayirish kerak: BILAN teng = C ref. - BILAN pro-reaktor. Reaksiyaga kirgan va mahsulotlar muvozanati vaqtida ulardan hosil bo'lgan reaktivlar soni reaksiya tenglamasidagi stexiometrik koeffitsientlarga proporsionaldir.

Doimiy tashqi sharoitda muvozanat holati cheksiz mavjud bo'lishi mumkin. Muvozanat holatida

∙ = [ 2 , bu erdan / [= 2 / ∙ .

Doimiy haroratda to'g'ridan-to'g'ri va teskari jarayonlarning tezlik konstantalari doimiy qiymatlardir.

Ikki konstantaning nisbati ham K= / doimiyning qiymati bo'lib, deyiladi kimyoviy muvozanat konstantasi. Buni ifodalash mumkin

reaktivlarning konsentrasiyalari orqali = yoki ularning qisman bosimi orqali , agar reaksiya gazlar ishtirokida sodir bo'lsa.

Umumiy holatda aA+bB+ …⇄cC+dD+ … reaksiya uchun kimyoviy muvozanat konstantasi reaksiya mahsulotlari konsentrasiyalari ko‘paytmasining quvvatdagi boshlang‘ich moddalar konsentrasiyalari mahsulotiga nisbatiga teng. ularning stoxiometrik koeffitsientlari.

Kimyoviy muvozanat konstantasi jarayonning yo'liga bog'liq emas va muvozanat holatiga erishilgan vaqtga qadar uning paydo bo'lish chuqurligini aniqlaydi. Bu qiymat qanchalik katta bo'lsa, reaktivlarning mahsulotga aylanish darajasi shunchalik yuqori bo'ladi.

Kimyoviy muvozanat konstantasi, shuningdek reaksiya tezligi konstantalari faqat reaksiyaga kirishuvchi moddalarning harorati va tabiatining funktsiyalari bo'lib, ularning konsentratsiyasiga bog'liq emas.

Geterogen jarayonlar uchun qattiq moddalarning konsentratsiyasi reaksiya tezligi va kimyoviy muvozanat konstantasi ifodasiga kiritilmaydi, chunki reaksiya qattiq faza yuzasida sodir bo'ladi, uning konsentratsiyasi vaqt o'tishi bilan doimiy bo'lib qoladi. Masalan, reaktsiya uchun:

FeO (s) + CO (g) ⇄ Fe (s) + CO 2 (g)

muvozanat konstantasining ifodasi quyidagicha bo'ladi:

K p va K c munosabat bilan bog'langan K p = K c (RT) ∆ n, bu yerdan=n davomi. -n xomashyo – mollar sonining o'zgarishi gazsimon reaktsiya jarayonida moddalar. Bu reaksiya uchun K p = K c, chunki gazsimon moddalarning n nolga teng.

Nima uchun katalizatorlar kimyoviy reaksiya tezligini oshiradi? Ma'lum bo'lishicha, ular xalq donoligiga to'liq mos ravishda harakat qilishadi: "Aqlli odam toqqa chiqmaydi, aqlli tog'ni aylanib chiqadi". Moddalar o'zaro ta'sir qila boshlashi uchun ularning zarrachalariga (molekulalar, atomlar, ionlar) faollashuv energiyasi deb ataladigan ma'lum energiya berilishi kerak (13-rasm, a). Katalizatorlar bu energiyani reaksiyaga kirishuvchi moddalardan biri bilan birlashtirib, uni "energiya tog'i" bo'ylab harakatlantirib, kamroq energiyaga ega bo'lgan boshqa modda bilan uchrashish orqali kamaytiradi. Shuning uchun katalizator ishtirokida kimyoviy reaksiyalar nafaqat tezroq, balki past haroratda ham boradi, 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 turli xil reaksiyaga kirishiga, ya'ni turli xil mahsulotlarning shakllanishiga olib kelishi mumkin (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 reaksiya tezligini yoki u sodir bo'ladigan yo'lni o'zgartirish jarayoni kataliz deb ataladi. Reaksiyalar kabi katalizning bir jinsli va geterogen turlari mavjud. Fermentlardan foydalanilganda, kataliz fermentativ deb ataladi. Ushbu turdagi kataliz insonga qadim zamonlardan beri ma'lum. Organik moddalarning fermentativ parchalanishi tufayli odam non pishirishni, pivo tayyorlashni, sharob va pishloq tayyorlashni o'rgandi (14-rasm).

Guruch. 14.
Qadim zamonlardan beri inson katalizdan foydalangan, bu non pishirishda, pivo tayyorlashda, vino tayyorlashda, pishloq tayyorlashda sodir bo'ladi.

Kundalik hayotda eng ko'p ma'lum bo'lgan fermentlar kir yuvish kukunlari tarkibida mavjud. Ular kir yuvish vaqtida kirlarni dog 'va yoqimsiz hidlardan tozalash imkonini beradi.

Keling, kimyoviy tajriba yordamida katalizatorlarni batafsil ko'rib chiqaylik.

Vodorod periks (kundalik hayotda u ko'pincha vodorod periks deb ataladi) har qanday uy tibbiyot kabinetida zarur dori (15-rasm).

Guruch. 15.
Vodorod periks eritmasi

Ushbu preparatning o'ramida yaroqlilik muddati ko'rsatilishi kerak, chunki u saqlash vaqtida parchalanadi:

Ammo normal sharoitda bu jarayon shu qadar sekin kechadiki, biz kislorodning chiqishini sezmaymiz va faqat vodorod periks uzoq vaqt saqlangan shishani ochish orqali undan qanday qilib ozgina gaz ajralib chiqishini sezishimiz mumkin. Bu jarayonni qanday tezlashtirish mumkin? Keling, laboratoriya tajribasini o'tkazaylik.

Laboratoriya tajribasi No 9 Vodorod peroksidning marganets (IV) oksidi yordamida parchalanishi

Laboratoriya tajribasi No 10
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 bo'lib, uning ichida keramik hujayrali katalizator tashuvchilar (platina va rodiy) mavjud. Ulardan o'tib, zararli moddalar (uglerod oksidi, azot oksidi, yonmagan benzin) karbonat angidrid, azot va suvga aylanadi (16-rasm).

Guruch. 16.
Azot oksidlarini chiqindi gazlaridan zararsiz azotga aylantiruvchi avtomobil katalitik konvertori.

Biroq, kimyoviy reaksiyalar uchun nafaqat reaksiyani tezlashtiradigan katalizatorlar, balki ularni sekinlashtiradigan moddalar ham muhimdir. Bunday moddalar inhibitorlar deb ataladi. Eng mashhurlari metall korroziya inhibitörleridir.

Laboratoriya tajribasi No 11
Metenamin bilan kislotalarning metallar bilan o'zaro ta'sirini inhibe qilish

Oddiy odamning so'z boyligida ko'pincha kimyodan olingan so'zlar mavjud. Masalan, antioksidantlar yoki antioksidantlar. Qanday moddalar antioksidantlar deb ataladi? Agar sariyog‘ni uzoq vaqt saqlasangiz, uning rangi, ta’mi o‘zgarib, yoqimsiz hid paydo bo‘lishini – havoda oksidlanishini payqagandirsiz. Oziq-ovqat mahsulotlarining buzilishining oldini olish uchun ularga antioksidantlar qo'shiladi. Ular inson salomatligini saqlashda ham muhim rol o'ynaydi, chunki organizmda istalmagan 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 oziq-ovqatlarni iste'mol qilish orqali oladi (17-rasm).

Guruch. 17.
Antioksidantlar: a - b-karotin; b - E vitamini

Shunday qilib, kimyoviy reaktsiya tezligini katalizatorlar va ingibitorlar, haroratning o'zgarishi, reaksiyaga kirishuvchi moddalar kontsentratsiyasi, bosim (bir hil gaz reaktsiyalari uchun) va reaksiyaga kirishuvchi moddalarning aloqa maydoni (heterojen jarayonlar uchun) yordamida boshqarish mumkin. Va, albatta, kimyoviy reaktsiyalarning tezligi reaktivlarning tabiatiga bog'liq.

Yangi so'zlar va tushunchalar

1. Katalizatorlar.
2. Fermentlar.
3. Kataliz (bir hil, heterojen, fermentativ).
4. Inhibitorlar.
5. Antioksidantlar.

Mustaqil ish uchun topshiriqlar

1. Katalizatorlar nima? Ular kimyoviy reaktsiyalarda qanday rol o'ynaydi? Nima uchun katalizatorlar kimyoviy reaksiyalarni tezlashtiradi?
2. Insoniyat tsivilizatsiyasi tarixida fermentativ kataliz qanday rol o'ynadi?
3. Zamonaviy ishlab chiqarishda katalizatorlarning roli haqida ma'ruza tayyorlang.
4. Zamonaviy ishlab chiqarishda inhibitorlarning o'rni haqida ma'ruza tayyorlang.
5. Antioksidantlarning tibbiyot va oziq-ovqat sanoatidagi roli haqida ma'ruza tayyorlang.

Reaksiyalarda ishtirok etuvchi va uning tezligini oshiradigan, reaksiya oxirida o'zgarishsiz qoladigan moddalar deyiladi katalizatorlar.

Bunday moddalar ta'sirida reaktsiya tezligining o'zgarishi hodisasi deyiladi kataliz. Katalizatorlar ta'sirida sodir bo'ladigan reaktsiyalar deyiladi katalitik.

Ko'pgina hollarda katalizatorning ta'siri reaktsiyaning faollashuv energiyasini kamaytirishi bilan izohlanadi. Katalizator ishtirokida reaksiya unsizga qaraganda turli oraliq bosqichlardan o'tadi va bu bosqichlar energetik jihatdan qulayroqdir. Boshqacha qilib aytganda, katalizator ishtirokida boshqa faollashgan komplekslar paydo bo'ladi va ularning hosil bo'lishi katalizatorsiz paydo bo'ladigan faollashtirilgan komplekslarning hosil bo'lishiga qaraganda kamroq energiya talab qiladi. Shunday qilib, faollashuv energiyasi keskin kamayadi: faol to'qnashuvlar uchun energiya etarli bo'lmagan ba'zi molekulalar endi faol bo'lib chiqadi.

Bir qator reaksiyalar uchun oraliq moddalar o'rganilgan; qoida tariqasida, ular juda faol beqaror mahsulotlar.

Katalizatorlarning ta'sir qilish mexanizmi oraliq birikmalar hosil bo'lishi tufayli reaktsiyaning faollashuv energiyasining kamayishi bilan bog'liq. Katalizni quyidagicha ifodalash mumkin:

A + K = A...K

A...K + B = AB + K,

bu yerda A...K oraliq faollashgan birikma.

13.5-rasm - Katalitik bo'lmagan A + B → AB reaksiyasi (1-egri chiziq) va bir hil katalitik reaksiya (2-egri) reaktsiya yo'lining tasviri.

Kimyo sanoatida katalizatorlar juda keng qo'llaniladi. Katalizatorlar ta'sirida reaktsiyalar millionlab marta yoki undan ko'proq tezlashishi mumkin. Ba'zi hollarda katalizatorlar ta'sirida reaksiyalar qo'zg'alishi mumkin, ularsiz ma'lum sharoitlarda amalda sodir bo'lmaydi.

Farqlash bir jinsli va geterogen kataliz.

Qachon bir hil kataliz katalizator va reaktivlar bir faza (gaz yoki eritma) hosil qiladi. Qachon heterojen kataliz katalizator mustaqil faza sifatida tizimda.

Gomogen katalizga misollar:

1) NO ishtirokida SO 2 + 1/2O 2 = SO 3 oksidlanishi; NO NO 2 ga oson oksidlanadi va NO 2 allaqachon SO 2 ni oksidlaydi;

2) vodorod periksni suvli eritmada suv va kislorodga parchalanishi: vodorod peroksidning parchalanishini katalizlovchi Cr 2 O 2 = 7, WO 2-4, MoO 2-4 ionlari u bilan oraliq birikmalar hosil qiladi, ular keyinchalik parchalanadi. kislorodning chiqishi.

Gomogen kataliz katalizator bilan oraliq reaktsiyalar orqali amalga oshiriladi va natijada yuqori faollik energiyasiga ega bo'lgan bir reaktsiya pastroq faollashuvchi energiyaga ega va yuqori tezlikka ega bo'lgan bir nechta reaktsiyalar bilan almashtiriladi:

CO + 1/2O 2 = CO 2 (katalizator - suv bug'i).

Geterogen kataliz kimyo sanoatida keng qo'llaniladi. Hozirgi vaqtda ushbu sanoat tomonidan ishlab chiqarilgan mahsulotlarning aksariyati geterogen kataliz yordamida olinadi. Geterogen katalizda reaksiya katalizator yuzasida sodir bo'ladi. Bundan kelib chiqadiki, katalizatorning faolligi uning sirtining hajmi va xususiyatlariga bog'liq. Katta ("rivojlangan") sirtga ega bo'lish uchun katalizator g'ovakli tuzilishga ega bo'lishi yoki juda ezilgan (yuqori dispers) holatda bo'lishi kerak. Amaliy qo'llanmalarda katalizator odatda gözenekli tuzilishga ega bo'lgan tashuvchiga (pomza, asbest va boshqalar) qo'llaniladi.

Gomogen katalizdagi kabi, geterogen katalizda ham reaksiya faol oraliq moddalar orqali boradi. Ammo bu erda bu birikmalar katalizatorning reaksiyaga kirishuvchi moddalar bilan yuzaki birikmalaridir. Ushbu oraliq moddalar ishtirokidagi bir qator bosqichlardan o'tib, reaktsiya yakuniy mahsulotlarning shakllanishi bilan tugaydi va natijada katalizator iste'mol qilinmaydi.

Barcha katalitik geterogen reaktsiyalar adsorbsiya va desorbsiya bosqichlarini o'z ichiga oladi.

Sirtning katalitik ta'siri ikki omilga kamayadi: interfeysdagi kontsentratsiyaning 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 odamlar hujayralarida sodir bo'ladigan kimyoviy reaktsiyalarning aksariyati katalitik reaktsiyalardir. Bu holda fermentlar deb ataladigan katalizatorlar oddiy yoki murakkab oqsillardir. Shunday qilib, tupurikda kraxmalning shakarga aylanishini katalizlovchi ptyalin fermenti mavjud. Oshqozonda topilgan pepsin fermenti oqsillarning parchalanishini katalizlaydi. Inson tanasida 30 000 ga yaqin turli xil fermentlar mavjud: ularning har biri tegishli reaktsiya uchun samarali katalizator bo'lib xizmat qiladi.

Umumta’lim maktablarining IX-X sinflarida kimyoviy reaksiyalar tezligi, kimyoviy o‘zgarishlar tezligiga turli omillarning ta’siri haqida tushunchalarni shakllantirishni davom ettiradilar, kataliz va katalizatorlar haqidagi bilimlarni kengaytiradilar va chuqurlashtiradilar, katalitik jarayonlarning mexanizmi haqida ba’zi tushunchalar beradilar. hodisalar.

“Ishqoriy metallar” mavzusida o’qituvchi natriyning suv va xlorid kislota bilan o’zaro ta’siri, kaliy va natriyning suv bilan o’zaro ta’siri kabi tajribalarni ko’rsatib, bu reaksiyalarning ba’zilari bir xil sharoitda boshqalarga qaraganda tezroq borishini ta’kidlaydi. Masalan, natriy xlorid kislota bilan suvga qaraganda kuchliroq reaksiyaga kirishadi; Kaliy natriyga qaraganda suv bilan kuchliroq reaksiyaga kirishadi. Xlorda natriy, mis, surma, vodorod va organik moddalarni yoqish bo‘yicha tajribalar o‘tkazilgandan so‘ng, savollarni taklif qilish mumkin: “Nima uchun surma kukuni yondirish uchun bo‘lak emas, xlorda olingan? Nima uchun bir dasta yupqa mis sim xlorda yonadi. , lekin qalin sim yo'q? Bunday hollarda moddalarning o'zaro ta'siridagi farq moddalarning o'zi va atomlarning tuzilishi yoki boshqa aloqa yuzasi bilan izohlanadi.

Xuddi shu mavzuda o’quvchilarni xlorid kislotaning xossalari bilan tanishtirishda bu kislota va metallar (rux, magniy) o’rtasidagi reaksiyalar nima uchun vaqt o’tishi bilan tezlashishini aniqlash maqsadga muvofiqdir. Tezlanish, xususan, bu reaksiyalar jarayonida ko'p miqdorda issiqlik ajralib chiqishiga bog'liq va moddalar qizdirilganda, o'zaro ta'sir tezligi ortadi.

Alyuminiy va yod o'rtasidagi reaktsiya misolidan foydalanib, katalizator nima ekanligini esga olish va suvning katalizator bo'lishi mumkinligini ko'rsatish kerak. Yod va alyuminiy kukunlari aralashmasi to'plangan asbest to'rga quyiladi va bir necha tomchi suv qo'shiladi. Suv ta'sirida moddalarning o'zaro ta'siri tezlashadi va olov paydo bo'ladi. O'qituvchi chinni kosadan to'rga quyilmagan aralashmada chaqnash sodir bo'lmaganiga e'tibor qaratadi, lekin u bir muncha vaqt o'tgach va suvsiz paydo bo'lishi mumkin.

Shuni ta'kidlash kerakki, suv nafaqat alyuminiyning yod bilan o'zaro ta'sirini tezlashtiradi, balki ko'plab kimyoviy jarayonlarda katalitik rol o'ynaydi. Texnologiyada qo'llaniladigan turli gazlarni yoqish paytida suvning katalitik ta'siri juda muhimdir.

Vodorod periksning xususiyatlarini ko'rib chiqayotganda, vodorod periks juda nozik modda ekanligi ko'rsatilgan. Shisha idishlarda saqlansa, u asta-sekin parchalanib, issiqlikni chiqaradi:

2H 2 O 2 = 2H 2 O 4 + O 2 + 46 kkal

O'qituvchi talabalardan vodorod peroksidning parchalanishini tezlashtiradigan shartlarni sanab berishni so'raydi. Ularning qo'lidan keladi

bu holda ko'rsating: 1) qizdirish, 2) katalizatorlar ta'siri, 3) eritma konsentratsiyasini oshirish. Shuni qo'shimcha qilish mumkinki, vodorod periksning parchalanishi yorug'likda ham tezroq sodir bo'ladi, buni darsdan tashqari mashg'ulotlar tajribasi bilan tasdiqlash mumkin. Stendlarga mahkamlangan ikkita kolbaga vodorod periksni quying va ularni gaz chiqarish trubkasi bo'lgan tiqinlar bilan yoping. Naychalarni ag'darilgan silindrlar yoki suv bilan to'ldirilgan va suv bilan keng idishga tushirilgan probirkalar ostiga qo'ying. Kolbalardan birini qora qog'ozga o'rang. Qurilmalarni quyoshli derazaga joylashtiring yoki ularni 75-100 V kuchlanishli elektr chiroq bilan yoritib turing. Tajriba yorug'lik ta'sirida vodorod periksning tez parchalanishini ko'rsatadi.

So’ngra dars davomida talabalar mustaqil ravishda vodorod peroksidning katalizatorlar ta’sirida parchalanish tezligining o’zgarishini o’rganadilar. Ish uchun sizga vodorod periks, marganets dioksidi, konsentrlangan xlorid kislotaning 3-5% eritmasi, parcha, voronka, filtr qog'ozi va bir nechta probirkalar beriladi.

Vazifalar: 1) Chiqarilgan eritmada vodorod peroksid parchalanib ketayotganini tekshiring? 2) Marganets dioksididan foydalanib, vodorod peroksidning parchalanish reaktsiyasini tezlashtiring. 3) Reaksiya natijasida marganets dioksidi kimyoviy jihatdan o'zgarmaganligini isbotlang * 4) Allaqachon katalizator sifatida ishlatilgan marganets dioksidi vodorod peroksidning parchalanishini yana tezlashtirishi mumkinligini isbotlang.

* (Qizdirilganda xlorid kislotasi bilan sinab ko'ring.)

Mustaqil ishni tugatgandan so’ng o’qituvchi bir xil kimyoviy reaksiyani tezlashtirish uchun turli katalizatorlardan foydalanish mumkinligini, noorganik moddaning (vodorod peroksid) parchalanishi organik katalizatorlar – fermentlar ta’sirida tezlashishini ko’rsatadi. Vodorod periksning 3% eritmasi kichik stakanga quyiladi, so'ngra unga kichik bir bo'lak xom go'sht qo'yiladi. Kislorod eritmadan intensiv ravishda chiqariladi, chunki hayvonlarning qoni va to'qimalarida katalaza fermenti mavjud. Shuni ta'kidlash kerakki, fermentlar ajoyib tabiiy reaktsiya tezlatgichlari hisoblanadi. Kelajakdagi kimyoning muhim vazifalaridan biri tarkibi va katalitik xossalari boʻyicha fermentlarga oʻxshab ketadigan katalizatorlarni sunʼiy ishlab chiqarish va sanoatda qoʻllashdir.

Nima uchun vodorod peroksidning parchalanishi shisha idishlarda saqlanganda tezroq bo'lishini tushuntirish uchun tajriba o'tkaziladi. Uchta probirkaga vodorod peroksid eritmasi quyiladi, ulardan biriga sulfat kislota eritmasi, ikkinchisiga kaustik soda, uchinchisi esa solishtirish uchun qoldiriladi (nazorat eritmasi). Barcha uchta eritma isitiladi (qaynatish uchun emas). Kislorod vodorod peroksid va natriy gidroksid eritmalari bo'lgan probirkadan kuchli, kamroq kuchli - nazorat eritmasi bo'lgan probirkadan chiqariladi. Sulfat kislota (vodorod ionlari) mavjudligida vodorod periks parchalanmaydi. OH ionlari vodorod peroksidning parchalanish jarayonini katalizlaydi, shuning uchun devorlari gidroksil ionlarini eritma ichiga chiqaradigan shisha idishda vodorod periks osongina parchalanadi.

Kimyoviy reaksiyalar tezligi haqidagi bilimlarni mustahkamlash va rivojlantirish davom etmoqda. Oltingugurt dioksidi va kislorod aralashmasini katalizatorsiz qizdirilgan shisha naychadan o'tkazib, bu sharoitda oltingugurt angidridining hosil bo'lishi sezilmasligini ko'rsatadi va o'quvchilardan gazlarning o'zaro ta'sirini qanday tezlashtirish mumkinligini so'raydi. Suhbat davomida ma'lum bo'ladiki, reagentlar konsentratsiyasini oshirish, haroratni oshirish kabi reaktsiyalarni tezlashtirish usullari katalizatorni ishlatmasdan kerakli natijani bermaydi. Oltingugurt dioksidining oltingugurt dioksidiga oksidlanish reaktsiyasi teskari:

2SO 2 + O 2 ↔ 2SO 3 + Q,

va haroratning oshishi sulfat angidridning parchalanishini uning hosil bo'lishidan ko'ra ko'proq tezlashtiradi.

Ular temir oksidi oltingugurt dioksidining oksidlanish reaktsiyasi uchun katalizator bo'ladimi yoki yo'qligini tekshiradilar. Temir oksidi ishtirokida oltingugurt dioksidining oltingugurt angidridiga kontakt oksidlanishini ko'rsatganda, sulfat angidridning hosil bo'lishi, havoda bug'lanishi kuzatiladi. Keyin reaksiya natijasida temir oksidi kimyoviy jihatdan o'zgarmaganligi aniqlanadi. Buning uchun oltingugurt dioksidini sulfat angidridga kontakt oksidlanishi tajribasini temir oksidining bir xil qismi bilan takrorlang. Bundan tashqari, oltingugurt dioksidining oksidlanishini tezlashtirish uchun turli katalizatorlardan foydalanish mumkinligi qayd etilgan. Temir oksidi bilan bir qatorda, platina kimyo sanoatida ishlatilgan va hozirda vanadiy pentoksid V 2 O 5 * ishlatiladi.

* (Hozirgi vaqtda ishlatiladigan vanadiy katalizatori murakkab tarkibga ega (qarang: D. A. Epshteyn. Kimyoviy texnologiya haqida kimyo o'qituvchisi, M., RSFSR Fanlar akademiyasi nashriyoti, 1961).)

Bundan tashqari, katalizatorning reversibilligiga ta'sir qilmasdan, reaktsiyani tezlashtiradigan xususiyatini ta'kidlash kerak: oltingugurt dioksidining oltingugurt dioksidiga oksidlanish reaktsiyasi katalizator ishlatilsa ham, teskari bo'lib qoladi.

Sulfat kislota ishlab chiqarishning kontakt usulini o'rganishda katalizatorni sanoatda qo'llashni hisobga olish kerak. Katalizatorsiz katta miqdordagi oltingugurt angidridini tez ishlab chiqarish imkonsiz bo'lar edi, ammo uni ishlatish jarayon sharoitlariga qo'shimcha talablar qo'yadi. Gap shundaki, reaktivlar tarkibidagi aralashmalar katalizatorga salbiy ta'sir qiladi. Arsenik trioksid vanadiy katalizatoriga salbiy ta'sir ko'rsatadi, ular aytganidek, uni "zaharlaydi". Shuning uchun reaksiyaga kirishuvchi gazlarni aralashmalardan ehtiyotkorlik bilan tozalash kerak.

Agar o‘quvchilarda katalizator nima uchun zaharlanganligi haqida savol tug‘ilsa, o‘qituvchi avvalo oraliq birikmalarning hosil bo‘lish nazariyasidan foydalanib uning harakatini tushuntiradi, so‘ngra aralashmalarning zaharli ta’sirini ko‘rib chiqadi.

Katalizator yordamida reaksiyalarning tezlashishi uning boshlang'ich moddalar bilan kuchsiz birikmalar hosil qilishi va keyin yana erkin holda ajralib chiqishi tufayli sodir bo'ladi. Bu reaktsiyalar oltingugurt dioksidi va kislorod o'rtasidagi reaktsiyaga qaraganda ancha tez boradi. Agar gazlar aralashmasi katalizator bilan qaytarilmas reaktsiyalarga kirishadigan aralashmalarni o'z ichiga olsa, u holda uning zaharlanishi sodir bo'ladi. Gazlarni ehtiyotkorlik bilan tozalashga qaramay, sulfat kislota ishlab chiqarishda ishlatiladigan katalizatorlarning faolligi vaqt o'tishi bilan pasayadi. Uning "qarishi" nafaqat asta-sekin zaharlanish, balki katalizator sirtining holatini o'zgartiradigan uzoq vaqt davomida isitish va mexanik halokat tufayli ham yuzaga keladi. Katalizatorning butun yuzasi katalizlangan reaktsiyada ishtirok etmaydi, faqat uning kesilgan qismlari - faol markazlar ishtirok etadi va bu markazlarning soni "qarish" bilan kamayadi.

Oldingi bo'limda atom tuzilishi nazariyasidan kelib chiqqan holda, kimyoviy reaksiyaning boshlanishiga energiyaning ta'sirini talabalarga qanday tushuntirish kerakligi ko'rib chiqildi. Bu nima uchun qizdirilganda kimyoviy reaktsiyalar tezlashadi degan savolni hal qilish imkonini beradi. Talabalar bilishadiki, moddalardagi harorat ortishi bilan faol molekulalar soni ortadi, molekulalarning harakat tezligi va ularning vaqt birligida uchrashish soni ortadi. Faol molekulalarning atomlarida elektronlar yuqori energiya darajalariga ko'chiriladi; bunday molekulalar beqaror va boshqa moddalar molekulalari bilan osonroq reaksiyaga kirishishi mumkin.

Elektrolitik dissotsilanish nazariyasi kislotalar, tuzlar va asoslarning eritmalari o'rtasidagi reaktsiyalar nima uchun deyarli bir zumda sodir bo'lishini tushuntiradi. Ushbu moddalarning eritmalarida allaqachon faol zarralar - qarama-qarshi zaryadlangan ionlar mavjud. Shuning uchun kislotalar, tuzlar va asoslarning suvli eritmalari orasidagi reaktsiyalar juda tez boradi va bir xil moddalar orasidagi reaktsiyalardan sezilarli darajada farq qiladi, lekin quruq shaklda olinadi.

“Kimyoviy reaksiya tezligi” mavzusida darsni boshlar ekan, o‘qituvchi kimyoviy reaksiyalar turli tezlikda sodir bo‘lishi mumkinligini eslatib o‘tadi, unga ta’sir qiluvchi sharoitlarni o‘rganish katta amaliy ahamiyatga ega.

Kimyoviy reaksiya tezligini qanday o'lchash mumkin?

Talabalar kimyoviy o'zgarish tezligini ma'lum vaqt ichida reaksiyaga kirishgan yoki hosil bo'lgan moddaning miqdori bilan baholash mumkinligini, mexanik harakat tezligi tananing vaqt birligida bosib o'tgan yo'li bilan o'lchanishini allaqachon bilishadi; Ushbu tezlikni hisoblash uchun formuladan foydalaning

Bu erda v - tezlik, S - yo'l va t - vaqt.

Buni hisobga olgan holda o‘quvchilar analogiya bo‘yicha kimyoviy reaksiya tezligini hisoblash formulasini yozadilar

bu yerda m - t vaqt ichida reaksiyaga kirgan yoki uning natijasida olingan moddaning miqdori.

Ushbu formulaning kamchiliklari nimada ekanligini ko'rib chiqing. Ma'lum bo'lishicha, uni qo'llashda hisoblangan reaktsiya tezligi bir xil sharoitda olingan bir xil moddaning ikki qismi uchun ham har xil bo'ladi.

Faraz qilaylik, idishda har soniyada 15 g modda parchalanadi. Ma’lum bo‘lishicha, bu idishga undagi moddani 1:2 nisbatda ikki qismga bo‘luvchi bo‘linma kiritilsa, birinchi (kichikroq) qismida reaksiya 5 g/sek tezlikda boradi. , ikkinchisida esa - 10 g/sek.

Hisoblangan tezlik reaktsiyaning o'zini tavsiflashi uchun boshlang'ich moddaning qancha miqdorini emas, balki reaktivning har bir hajmdagi massasining o'zgarishini, ya'ni kontsentratsiyaning o'zgarishini hisobga olish kerak. reaktiv. Shuning uchun kimyoviy reaksiya tezligini quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin:

v=c 0 -c t /t

bu yerda c 0 - har qanday reaksiyaga kirishuvchi moddalarning dastlabki konsentratsiyasi, c t - t sekunddan keyin bir xil moddaning konsentratsiyasi. Tezlikni hisoblashda konsentratsiya odatda litr uchun mol va soniyalarda vaqt bilan ifodalanadi.

Ushbu dars kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtirishning eng muhim usullariga qaratilgan. Shu maqsadda kimyoviy reaksiya tezligi reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsentratsiyasiga bog‘liqligini ko‘rsatuvchi laboratoriya tajribasi o‘tkaziladi.

Tajribani o'tkazish uchun talabalar stollariga qo'yilgan quyidagi jihozlardan foydalaniladi: 1) uchta probirkali stend, ulardan birida natriy yodid yoki kaliy yodid kristalli (o'lchami 2 - 3 pin boshi), ikkinchisi. tarkibida temir xlorid eritmasi mavjud, uchinchisi esa bo'sh; 2) kolba yoki stakan suv; 3) ikkita bir xil shisha naychalar; 4) shisha tayoq.

O'qituvchi talabalarni tajribaga tayyorgarlik ko'rishga taklif qiladi: 1) 1/2 probirka probirkasini hosil qilish uchun natriy yodidga suv qo'shing va suyuqlikni tayoq bilan aralashtiring, 2) hosil bo'lgan eritmaning 1/3 qismini boshqa probirkaga quying, 3. ) probirkalardagi natriy yodid (yoki kaliy yodid) eritmalarining hajmlari bir xil bo'lishi uchun suv eritmasi bilan boshqa probirkaga quyilgan probirkaga qo'shing.

O'qituvchi talabalarning yo'nalishlarni tushunishlarini tekshirish uchun savollar beradi:

1) Ikkinchi probirkada natriy yodid eritmasi necha marta suyultiriladi?

2) Birinchi probirkadagi tuz konsentratsiyasi ikkinchi probirkadagidan necha marta katta?

Eritmalardan birining konsentratsiyasi ikkinchisining konsentratsiyasidan ikki baravar yuqori ekanligi qayd etilgan. Shundan so'ng, ikkita tayyorlangan eritmada temir xlorid natriy yodid bilan reaksiyaga kirishadi, bu esa erkin yodni chiqaradi:

2NaI + 2FeCl 3 = 2NaCl + 2FeCl 2 + I 2,

2I - + 2Fe 3+ = 2Fe 2+ + I 2.

Talabalar qaysi probirkada tuzlarning o'zaro ta'sir qilish tezligi kattaroq ekanligini va buni qanday mezonlar bo'yicha baholash mumkinligini aniqlaydilar. Taxmin eksperimental tarzda tekshiriladi.

Avvaliga teng miqdorda kraxmal pastasi (1-2 ml) ikkala probirkaga natriy yodid (yoki kaliy yodid) eritmalari bilan quyiladi, so'ngra aralashtirgandan so'ng, temir xloridning 5-10% eritmasidan bir necha tomchi tomiziladi. Temir xlorid eritmasini ikkala probirkaga bir vaqtda quyish maqsadga muvofiqdir. Ko'k rang yuqori konsentratsiyali eritma bilan sinov naychasida ko'proq paydo bo'ladi. Eritmaning konsentratsiyasi yuqori bo'lgan probirkada yod ionlari temir ionlari bilan ko'proq uchrashadi va shuning uchun ular bilan tez-tez o'zaro ta'sir qiladi - reaktsiya tezroq davom etadi.

O'qituvchi havoda oltingugurtning yonishini ko'rsatadi va talabalardan bu reaktsiyani qanday tezlashtirish mumkinligini so'raydi. Talabalar kislorodda yonayotgan oltingugurtni joylashtirishni taklif qilishadi va bu tajribani bajarishadi. Tajribalarni tahlil qilish asosida umumiy xulosa chiqariladi: kimyoviy reaksiya tezligi reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsentratsiyasiga (hajm birligidagi ionlar yoki molekulalar soni) bog'liq.

Biz reaksiyaga kirishuvchi moddalar sirtining kimyoviy reaksiya tezligiga ta'siri haqidagi savolga o'tamiz. Talabalar reaksiyaga kirishuvchi moddalarni aralashtirish va maydalash bilan bog‘liq reaksiyalarni eslashadi: ammiak aralashmasini o‘chirilgan ohak bilan maydalash, mayda marmar yoki rux bo‘laklarining xlorid kislota bilan o‘zaro ta’siri, nozullarda maydalangan yoqilg‘ining yonishi, ezilgan rudalarni eritishda ishlatish. sulfat kislota ishlab chiqarishda metallar va oltingugurt piritlari. Sulfat kislota ishlab chiqarishda piritlarni yoqish shartlari batafsilroq ko'rib chiqiladi. Oltingugurt dioksidini ishlab chiqarish uchun maydalangan pirit ishlatiladi, chunki u katta bo'laklarga bo'lingan piritga qaraganda tezroq yonadi. Changlangan piritning yonishi, ayniqsa, agar u nozuldan havo oqimi bilan chiqarib yuborilsa, shuningdek, suyuq to'shakda yondirilganda, pirit bo'laklarining butun yuzasi havo bilan aloqa qilganda tez sodir bo'ladi.

Shuni hisobga olish kerakki, kuchli ezilgan yonuvchan moddalar bilan kimyoviy reaktsiyalar portlash bilan birga bo'lishi mumkin. Masalan, shakar ishlab chiqaradigan zavodlarda shakar changining portlashi sodir bo'ldi.

Qattiq jism qanchalik maydalangan bo'lsa, u ishtirok etadigan kimyoviy reaksiya tezligi shunchalik tez bo'ladi, degan xulosaga kelishdi.

Keyin haroratning kimyoviy reaksiya tezligiga ta'siri tahlil qilinadi. Xuddi shu miqdorda sulfat kislota eritmasi giposulfit eritmasining 1/4 qismi bo'lgan probirkaga quyiladi; Ushbu tajribaga parallel ravishda giposulfit va sulfat kislotaning qizdirilgan eritmalari drenajlanadi:

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2 + S↓

Eritmalar bulutli bo'lgunga qadar vaqt qayd etiladi. O'qituvchining aytishicha, harorat 10 ° C ga ko'tarilganda, ko'pchilik reaktsiyalarning tezligi 2-3 marta oshadi.

Olingan bilimlar asosida talabalarga moddalar qizdirilganda kimyoviy reaksiyalarning tezlashishini tushuntirish imkoniyati beriladi.

Ushbu darsda moddalarning katalitik ta'siri bo'yicha tajribani ko'rsatishning hojati yo'q, chunki talabalar vodorod peroksidning parchalanish reaktsiyasi va oltingugurt dioksidining oksidlanishiga misollar yordamida tanishdilar. Ular o'zlariga ma'lum bo'lgan katalitik reaksiyalarni sanab o'tadi va kataliz va katalizatorga ta'riflar beradi.

Ushbu darsda bilimlarni mustahkamlash uchun quyidagi savollar beriladi:

1. Kimyoviy reaksiya tezligini nima aniqlaydi? Misollar keltiring.
2. Kimyoviy reaksiya tezligi qanday sharoitlarda ortadi?
3. Elektrolitik dissotsiatsiya nazariyasi nuqtai nazaridan, rux sirka kislotasi bilan reaksiyaga kirishganda vodorodning evolyutsiyasi rux xlorid kislotasi bilan reaksiyaga kirishgandan ko'ra sekinroq sodir bo'lishini qanday tushuntirish mumkin?
4. Sink va xlorid kislota o'rtasidagi reaktsiyani qanday usullar bilan tezlashtirish mumkin?
5. Nima uchun havoda yonayotgan parcha kislorodda yonib ketadi?
6. Sizga ikkita probirka berildi, ularda kaltsiy karbonat sekin xlorid kislota bilan reaksiyaga kirishadi. Har bir probirkadagi kimyoviy reaksiyani turli usullardan foydalanib tezlashtirishga harakat qiling.
7. Nima uchun kimyoviy reaksiya tezligi harorat oshishi bilan ortadi?
8. Sulfat kislota olishda kimyoviy reaksiyalarni tezlashtirishning qanday usullaridan foydalaniladi?
9. Sizga ma'lum bo'lgan qaysi kimyoviy reaktsiyalar katalizatorlar tomonidan tezlashtirilganligini sanab o'ting.

Ammiak sintezi reaktsiyasini o'rganishda talabalar yana katalizatordan foydalanishga duch kelishadi va kataliz va katalizatorlar haqida ilgari olingan ma'lumotlarni mustahkamlash bilan birga, bu bilimlarni biroz rivojlantirish mumkin.

O'qituvchi e'tiborni har ikkala reaksiya - ammiakning sintezi va uning azot va vodorodga parchalanishi - bir xil katalizator - qaytarilgan temir ishtirokida sodir bo'lib, to'g'ri va teskari reaktsiyalarni bir xil darajada tezlashtiradi. Shuning uchun katalizator kimyoviy muvozanatni o'zgartirmaydi, faqat bu holatga tezroq erishishga yordam beradi. Ushbu qoidani tushunishlarini tekshirish uchun o'qituvchi ularga savollar beradi:

1. Ishlab chiqarishda ammiakni azot va vodorod aralashmasidan yuqori bosim va isitish ostida, lekin katalizatorsiz olish mumkinmi? Nega?
2. Ammiak sintezi reaktsiyasi issiqlik va katalizator ta'sirida tezlashadi. Ushbu shartlarning kimyoviy muvozanatga ta'sirida qanday farq bor?

O’quvchilarni ishlab chiqarishda ammiak sintezi bilan tanishtirar ekan, o’qituvchi gazlar (vodorod va azot) birinchi navbatda aralashmalardan tozalanmasa, katalizator o’z faolligini tez yo’qotishini ko’rsatadi. Bu jarayonda kislorod, suv bug'i, uglerod oksidi, vodorod sulfidi va boshqa oltingugurt birikmalari zaharli ta'sir ko'rsatadi.

Oltingugurt dioksidining trioksidga katalitik oksidlanishida bo'lgani kabi, ammiak sintezi paytida katalizator o'zining tezlashtiruvchi ta'sirini faqat ma'lum harorat chegaralarida amalga oshiradi. 600 ° C dan yuqori haroratlarda temirning kamayishi uning katalitik faolligini pasaytiradi.

Ammiak sintezi misolidan foydalanib, katalizatorning ta'sir mexanizmini ko'rib chiqishimiz mumkin. Temir katalizatori yuzasida temir nitridi hosil bo'lishi qayd etilgan:

Vodorod nitrid bilan reaksiyaga kirishib, ammiak hosil qiladi:

FeN 2 + 3H 2 → Fe + 2NH 3.

Keyin jarayon takrorlanadi.

Temir nitridi hosil bo'lish reaktsiyalari va uning vodorod bilan o'zaro ta'siri juda tez boradi.

Ammiakning oksidlanish reaksiyalarini o'rganayotganda, ammiakning kislorodda yonishi va ammiakning katalitik oksidlanishi bo'yicha tajribalarni ko'rsatgandan so'ng, talabalar e'tiborini bu ikki holatda boshlang'ich moddalar bir xil, ammo shunga qarab olinganligiga qaratiladi. sharoitlar (katalizatordan foydalanish), turli xil mahsulotlar olinadi.

Ammiak oksidlanishi tenglamalar bo'yicha turli moddalar hosil bo'lishi bilan sodir bo'lishi 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 reaksiyalarning faqat oxirgisini tezlashtiradi. Shuning uchun katalizator yordamida ammiak va kislorodning o'zaro ta'sirini kerakli yo'nalishga yo'naltirish mumkin. Bu nitrat kislota ishlab chiqarishda kimyoviy ishlab chiqarishda qo'llaniladi.

IX sinfda kimyoviy ishlab chiqarish tushunchasini shakllantirish o’quvchilarni kimyoviy o’simliklardagi kimyoviy reaksiyalar tezligini amaliy nazorat qilish bilan tanishtirish uchun katta imkoniyatlar yaratadi.

Ilgari o'rganilgan ishlab chiqarish (xlorid, sulfat, nitrat kislotalar, ammiak) haqidagi bilimlarni umumlashtirish asosida o'qituvchi talabalarda ishlab chiqarishda kimyoviy reaktsiyalarni o'tkazish uchun eng yaxshi sharoitlar haqida tushunchani shakllantiradi: optimal haroratlardan foydalanish, reaksiyaga kirishish kontsentratsiyasini oshirish. moddalar, reaksiyaga kirishuvchi moddalarning aloqa yuzasini oshirish va katalizatorlardan foydalanish. Shundan so'ng, har bir shartdan foydalanishni cheklovchi holatlarni aniqlash uchun talabalarga savol beriladi: "Ishlab chiqarishda kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtirish uchun haroratni cheksiz ko'tarish mumkinmi?" Ular kuchli isitish kimyoviy muvozanatni istalmagan tomonga siljishi va katalizatordan foydalanganda uning faolligini kamaytirishi mumkinligini aniqladilar. Buni hisobga olgan holda ishlab chiqarishda maksimal emas, balki optimal haroratlar qo'llaniladi.

Ishlab chiqarishda kimyoviy reaksiyalarni o'tkazishning boshqa shartlari ham xuddi shunday tahlil qilinadi.

IX-X sinflarda kimyodan yangi faktik materiallarni o‘rganish kimyoviy reaksiyalar tezligi haqidagi bilimlarni yanada mustahkamlash uchun qo‘llaniladi.

Oq fosforning xossalarini o`rganar ekan, o`qituvchi oq fosforning qorong`uda porlashi uning havoda sekin oksidlanishidan dalolat beradi, deydi. Keyinchalik, oq fosforning oksidlanishini qanday sharoitlarda tezlashtirish mumkinligini ko'rib chiqamiz. Fosforni isitish, maydalash va kisloroddan foydalanish haqiqatda fosforning oksidlanishini tezlashtiradi, bu uning alangalanishiga olib keladi.

Talabalar kimyoviy jarayonlarni tezlashtirish yo'llari haqidagi bilimlardan superfosfat hosil bo'lish shartlarini taxmin qilish uchun foydalanadilar. Ularning aytishicha, uchinchi darajali kaltsiy fosfat va sulfat kislota o'rtasidagi reaktsiyani isitish, kaltsiy fosfatini maydalash, aralashtirish va sulfat kislota konsentratsiyasini oshirish orqali tezlashtirish mumkin. O'qituvchi aytilganlarni umumlashtirib, qo'shib qo'yadi

Ushbu ishlab chiqarishda isitish haqiqatan ham qo'llaniladi, ammo buning uchun ular ezilgan uchinchi darajali kaltsiy fosfat sulfat kislota bilan yaxshilab aralashtirilganda, reaktsiyaning o'zi paytida chiqarilgan issiqlikdan foydalanadilar.

Talabalar organik moddalarni o'rganar ekan, ular katalizatorlar bilan bog'liq ko'plab jarayonlarga duch kelishadi, masalan, aviabenzin, kauchuk va aromatik uglevodorodlar ishlab chiqarish.

Biz sulfat kislotaning etilenni hidratlanishidagi rolini ko'rib chiqishimiz mumkin. Sulfat kislota ishtirokida etilenga suv qo'shishning sekin reaktsiyasi (C 2 H 4 + H 2 O → C 2 H 5 OH) o'rniga quyidagi jarayonlar birin-ketin sodir bo'ladi: 1) sulfat kislota etilenga qo'shiladi. , oltingugurtli etil efir hosil qiladi:

2) etil oltingugurt efiri sovunlanishdan o‘tib, etil spirti va sulfat kislota hosil qiladi.

Spirtli ichimliklarni distillangandan so'ng, sulfat kislota bir xil miqdorda paydo bo'ladi, ammo u oraliq mahsulot hosil bo'lishida ishtirok etdi. Talabalar uy vazifasini bajarishda sulfat kislotaning katalitik ta’siriga oid boshqa misollarni (etil spirtidan etilen va etil efir hosil qilish) mustaqil tekshiradilar.

Bir xil katalizatorli, lekin har xil haroratda bir xil moddalar reaksiyaga kirishib, turli mahsulotlar hosil qiladi. Spirtli ichimliklarning xususiyatlari bilan tanishishda buni ta'kidlash kerak.

Uglerod oksidining vodorod bilan o'zaro ta'siri turli katalizatorlar yordamida bir xil moddalardan turli xil organik mahsulotlarni olish mumkinligini ko'rsatadi. Bu o'zaro ta'sir metil spirti, uglevodorodlar yoki undan yuqori spirtlar hosil bo'lishiga olib kelishi mumkin. Moddalarning o'zaro ta'sirining istalgan yo'nalishiga mos keladigan reaktsiyani tezlashtiradigan, ammo boshqalarga sezilarli ta'sir ko'rsatmaydigan katalizatordan foydalanish orqali erishiladi. Metil spirtining hosil bo'lish reaktsiyasini tezlashtirish uchun katalizator sifatida xrom oksidi va sink oksidi aralashmasi ishlatiladi.

Uglevodorodlar va kislorodli organik birikmalarni o‘rganib, bilimlarni umumlashtirish uchun talabalarga sinfda yoki uyda mustaqil ishlash vazifasi taklif etiladi: darslikning falon bo‘limidan katalitik reaksiyalarning barcha holatlarini tanlab, har bir o‘quvchiga faqat shu kabilar beriladi. ajratilgan vaqt ichida ko'rish mumkin bo'lgan darslik materialining bir qismi.

Organik moddalarni ishlab chiqarishning sanoat usullarini tahlil qilishda talabalar e'tiborini kimyoviy reaktsiyalar tezligini nazorat qilish uchun noorganik moddalar ishlab chiqarishda qo'llaniladigan usullardan foydalanishlariga qaratish maqsadga muvofiqdir.

38. Katalizatorning kimyoviy reaksiyalar tezligiga ta'siri. Katalizator ta'sirining sabablari.

Reaksiya natijasida iste'mol qilinmaydigan, lekin uning tezligiga ta'sir qiladigan moddalar katalizatorlar deyiladi. Reaksiya tezligini kamaytiradigan katalizatorlar ingibitorlar deyiladi. Katalizatorlarning kimyoviy reaksiyalarga ta'siri deyiladi kataliz . Katalizning mohiyati shundan iboratki, katalizator ishtirokida umumiy reaksiya ketadigan yo`l o`zgaradi, aktivlanish energiyasi har xil bo`lgan boshqa o`tish holatlari hosil bo`ladi va shuning uchun kimyoviy reaksiya tezligi ham o`zgaradi. Bir jinsli va geterogen kataliz mavjud. Geterogen katalizda reaksiya katalizator yuzasida sodir bo'ladi. Bundan kelib chiqadiki, katalizatorning faolligi uning sirtining hajmi va xususiyatlariga bog'liq. Katta sirt maydoniga ega bo'lish uchun katalizator g'ovakli tuzilishga ega bo'lishi yoki juda parchalangan holatda bo'lishi kerak. Katalizatorlar selektivligi bilan ajralib turadi: ular jarayonlarga tanlab ta'sir qiladi, ularni ma'lum bir yo'nalishga yo'naltiradi. Korroziyani sekinlashtirish uchun manfiy katalizdan foydalaniladi.

39. Qaytariladigan jarayonlar. Kimyoviy muvozanat. Muvozanat konstantasi.

Faqat bir yo'nalishda davom etadigan va boshlang'ich reaktivlarning yakuniy moddalarga to'liq aylanishi bilan yakunlanadigan reaksiyalar deyiladi. qaytarilmas. 2KClO 3 = 2KCl + 3O 2 . Qaytariladigan Bir vaqtning o'zida ikkita qarama-qarshi yo'nalishda sodir bo'ladigan reaktsiyalar deyiladi. 3H 2 + N 2 ⇆ 2NH 3

Qaytariladigan reaktsiyalar tugamaydi: reaktivlarning hech biri to'liq iste'mol qilinmaydi. Qaytariladigan jarayonlar: dastlab boshlang'ich moddalarni aralashtirishda oldinga siljish tezligi yuqori, teskari reaktsiya tezligi esa nolga teng. Reaksiya davom etar ekan, boshlang'ich moddalar iste'mol qilinadi va ularning konsentratsiyasi pasayadi, natijada reaksiya tezligi pasayadi. Shu bilan birga, reaktsiya mahsulotlari paydo bo'ladi, ularning konsentratsiyasi oshadi va shunga mos ravishda teskari reaktsiya tezligi oshadi. To'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezligi teng bo'lganda, kimyoviy muvozanat yuzaga keladi. Bu dinamik muvozanat deb ataladi, chunki oldinga va teskari reaktsiyalar sodir bo'ladi, lekin bir xil tezliklar tufayli tizimdagi o'zgarishlar sezilmaydi. Kimyoviy muvozanatning miqdoriy xarakteristikasi kimyoviy muvozanat konstantasi deb ataladigan qiymatdir. Muvozanat holatida to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezligi teng bo'ladi, tizimda muvozanat konsentratsiyasi deb ataladigan boshlang'ich moddalar va reaktsiya mahsulotlarining doimiy konsentratsiyasi o'rnatiladi. 2CO + O 2 = 2CO 2 uchun muvozanat konstantasi tenglama yordamida hisoblanishi mumkin: Muvozanat konstantasining raqamli qiymati, birinchi yaqinlashish uchun, berilgan reaktsiyaning rentabelligini tavsiflaydi. Reaksiya unumi - bu olingan modda miqdorining reaksiya tugagunga qadar olinadigan miqdorga nisbati. K>>1 reaksiya unumi yuqori, 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. Muvozanatning siljishiga turli omillarning ta'siri. Le Chatelier printsipi.

Agar tizim muvozanatda bo'lsa, u holda tashqi sharoitlar doimiy bo'lib qolguncha unda qoladi. Muvozanatga ta'sir etuvchi har qanday shartlarni o'zgartirish jarayoni muvozanatning siljishi deb ataladi.

Le printsipi: Agar tizimda bo'lsa. toping. muvozanatda tashqi ta'sir ko'rsatish uchun, keyin o'zgarishlar tizimi. bu ta'sirni qoplaydigan tarzda.

Oqibatlari: 1) Haroratning oshishi bilan. muvozanatning siljishi endotermik reaksiya foydasiga.

2) Bosim ortishi bilan muvozanat siljiydi. kichikroq hajmga (yoki kamroq miqdordagi molga)

3) Boshlovchi moddalardan birining kontsentratsiyasi ortishi bilan muvozanat reaksiya mahsulotlari konsentratsiyasining ortishi tomon siljiydi va aksincha.