Катализатор катализаторлар туралы ілім.

Дріс

Негізгі дерістер жне оларды тама нерксібіндегі ролі

Химиялы дерістер

Дріс жоспары:

1. Химиялы дерістер – химиялы реакцияларды жылдамдыына сер ететін факторлар

2. Жекелеген химиялы дерістерді мні жне оларды тама нерксібіндегі ролі

3. Нан жне оны сапасын баалау

4. Нан ндіру технологиясы

5. Нанды тасымалдау жне сатау кезіндегі герістер мен ааулар.

 

Таамды технологияларды біратарыны негізі химиялы трлендіруге негізделген. Олара крахмалдан ышылды гидролиздеу жолымен сірне(патока) жне кристалды глюкозаны, гидрогендеу жне айта этерификациялау дісімен ртрлі майларды, сахарозаны ышылды гидролиздеу арылы инвертті ант алу дерістері жатады. Сондай а бл дерістерге нан, нды кондитер німдері, ант, шоколад, сімдік майы, німдерді сатау ндірістеріндегі жекелеген стадияларында лкен кіл блінеді.

зара серлесуші заттарыны агрегатты кйіне байланысты химиялы реакциялар гомогенді жне гетерогенді болып блінеді.

Гомогенді жйеде сер етуші заттар белгілі бір фазада ана болады: газды (Г), сйы(С) немесе атты(); ал гетерогенді жйеде — ртрлі фазада болады.

Іс жзінде мынадай гетерогенді жйелер жиі кездеседі: Г —С; Г —; С —.

Кей жадайда мндай жйелер шфазалы болуы ммкін, мысалы: Г —С —; Г — —.

Гомогенді жйелердегі реакциялар гетерогендіге араанда тез жреді, технологиялы деріс механизмі арапайым жне басару оай, сондытан ндірісте кбінесе атты заттарды еріту арылы сйы кйге айналдыруа тырысады.

ХИМИЯЛЫ РЕАКЦИЯЛАРДЫ ЖЫЛДАМДЫЫНА СЕР ЕТЕТІН ФАКТОРЛАР

Химиялы реакцияларды жылдамдыына сер ететін негізгі факторлара сер етуші заттарды концентрациясы, температура, катализаторды болуы жатады.

Концентрация

сер етуші заттарды концентрациясын жоарылату — дерістерді арындатуды е ке тараан тсілдеріні бірі.

Химиялы реакция жылдамдыыны концентрацияа байланыстылыы салма сері заымен аныталады. Мысалы, сірне(патока) ндірісінде тз ышылын(хлорсутек ышылы) натрий карбонатымен нейтралдау реакциясы шін жылдамды келесі тедеу бойынша жазылады:

2НС1 + Na₂C0₃ = 2NaCl + H₂0 + С0₂,

Жылдамды тратысы(константа скорости) сер етуші заттарды табиатына, температурасына, катализаторды болуына байланысты жне химиялы реакцияа атысатын заттарды концентрациясына байланысты емес. Реакция жылдамдыыны тратысы реакцияны реті мен молекулярлыына байланысты.

Реакцияны молекулярлыы химиялы серлесуге атысатын молекула санымен аныталады. Егер ол шін бір молекула ажет болса реакция мономолекулалы деп аталады. Мысалы, мндай реакцияа антызылшасы зауытындаы жоары температурада кті кйдіру кезіндегі СаС0₃ ыдырау реакциясы жатады:

СаСО₃ = СаО + С0₂.

Екі молекуланы атысуымен жретін реакция бимолекулалы, ш молекуламен — шмолекулалы деп аталады. Бл бір затты немесе ртрлі зат молекулалары болуы ммкін. Жоарыдаы тз ышылыны натрий карбонатымен зара рекеттесу реакциясы шмолекулалы реакцияа жатады(тз ышылыны екі молекуласы жне натрий карбонатыны бір молекуласы).

Температура

Температура — реакцияны жылдамдыын анытайтын маызды фактор.

Температура жоарылаан сайын реакцияны жылдамдыы да седі, бл реакция жылдамдыы тратысыны жоарылауымен байланысты.

Вант-Гофф ережесіне байланысты температураны 10^оСа жоарылату реакция жылдамдыын 2...4 есе жылдамдатады. Бл ереже 0 ден 300^оС температура аралыында жретін реакциялара олданылады.

Химиялы реакция жру шін сер етуші заттар молекуласындаы ішкі молекулалы байланыстарды зу ажет. Егер бір бірімен сотыысатын молекулаларды байланысты зе алатындай энергиясы болса, онда реакция жреді, ал егер молекула энергиясы ажетті энергиядан аз болса, онда сотыысу тиімсіз болып реакция жрмейді.

Температураны жоарылатан кезде белсенді молекулалар саны седі, оларды арасындаы сотыысу саны да жоарылап, нтижесінде реакция жылдамдыы тез болады. сер етуші заттар концентрациясын жоарылатан сайын сотыысуды жалпы саны кбейіп, нтижесінде реакцияны жылдамдыы тез седі.

 

2.Жекелеген химиялы дерістерді мні жне оларды тама нерксібіндегі ролі

ртрлі тама німдерін алу жне сатау химиялы дерістерді жруімен сипатталады. Оларды бірі гидролиз реакциясымен, енді бірі тотыу-тотысыздану реакцияларымен байланысты: меланоидинтзілуі, де­гидраттау, сульфиттеу, тотыу жне т.б.

Гидролиз

Крделі заттарды(ауыз, май, кмірсу) арапайым заттара дейін сілті жне ышыл серінен ыдырап, зіне су молекуласын осып алу реакциясын гидролиз деп атайды.

Сахароза ышыл осып ыздыру кезінде гидролизденіп инвертті ант тзеді (глюкоза мен фруктозаны бірдей млшеріні оспасы):

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

 

Сахарозаа тн ерекшелік — оны оай гидролизденуі: бл дерісті жылдамдыы мальтоза немесе лактоза сияты дисахаридтерді осындай жадайда гидролиздену жылдамдыынан шамамен мы есе жоары.

Инвертті шрбат(сироп) екі асиетке ие — антикристалды жне тгілгіштік(гигроскопичность). Бірінші асиеті оны ттырлыына байланысты, екіншісі ондаы барлы анттарды ішінде тгілгіштігімен ерекшеленетін фруктозаа байланысты. Фруктоза ауаны салыстырмалы ылалдылыы 45...50 % болан кезде де ылалды сііруге абілетті.

Инвертті шрбатты антикристалды асиеті оны карамель ндірісінде кеінен олдануа ммкіндік береді. Антикристаллизатор ретінде сондай-а инвертті шрбата араанда ттырлыы жоары сірнені(патока) олдануа болады.

Карамель — антсірнелі немесе антинвертті шрбатты ылалдылыы 1..3 % болатын карамель массасына дейін айнату алынатын нім. Таза ант шрбаты(сироп) мндай тменгі ылалдылыта кристалданады. Мны болдырмай карамель алу шін оан антикристаллизаторлар осады.

Инвертті шрбатты тікелей фабрикаларда катализатор ретінде кшті ышыл, мысалы тз ышылын олдану арылы алады. Ол шін 90^оС температурадаы 80%-ды ант ерітіндісіне 0,02...0,03 % -ды тз ышылын 10%-ды ерітінді кйінде осады. Гидролиз осылан ышыл млшеріне байланысты 20-30мин-а созылады. Инверсиялануды соына арай шрбатты натрий гидрокарбонатыны 10%-ды ерітіндісімен лсіз ышылды реакцияа дейін нейтралдайды. Нейтралдау ерітіндіні араюын болдырмас шін 65^оС температурада жргізіледі. Сондай-а осы масатта тз ышылыны орнына органикалы ышылдар – ст, лимон жне шарап ышылдарын олдануа болады.

Инвертті шрбатты тгілгіштік асиеті кондитерлік німдерді сатауда кеінен олданылады. Мысалы, инвертті шрбатты нды кондитерлік німдерді рецептурасына осу арылы дайын німні сатау мерзімін зартуа болады.

Сонымен бірге крахмалды гидролизденуі де аса маызды дерістерді бірі. ышылдармен айнату кезінде крахмал глюкозаа айналады. Аралы нім ретінде ртрлі молекулалы массаа ие полисахаридтер – декстриндер тзіледі. Гидролизді бірінші этапында крахмалдан лшемдері мен асиеті бойынша аз ерекшеленетін декстриндер пайда болады. Олар жоары молекулалы салмаа ие жне йод атысында ккшіл клгін тске боялады, оларды амилодекстриндер деп атайды. Ары арай крахмалды гидролиздену дерістерінде декстриндерді молекулалы салмаы азая береді, ал спирттік ерітіндіде ерігіштігі тмендейді, келесі тзілетіндер эритродекстриндер, олар йод атысында кгірт ср тс, содан со ызыл тске боялады. Ал е соы німдер ахро- жне мальтодекстриндер, оларды йод тсі згермейді.

 

Крахмал

Амилодекстриндер

Эритродекстриндер

Ахродекстриндер

Мальтодекстриндер

 

Крахмал ышыл(тз) немесе фермент осылан толы емес гидролизденуінен тзілетін нім сірне(патока) деп аталады. Оны рамына декстриндерден баса мальтоза жне глюкоза кіреді. Сірне алу шін шикізат ретінде картоп жне жгері крахмалы алынады.

 

Химиялы реакцияларды жылдамдыы. Реакция жылдамдыына сер ететін факторлар.

Талдауды кинетикалы дістерінде реагенттерді йтеуір біреуіндегі немесе реакция німіндегі концентрациясыны уаыт туімен згеруі бойынша кез келген физикалы-химиялы діспен аныталатын химиялы реакцияны жылдамдыы лшенеді. Талданатын затты млшері зерттелетін реакция жылдамдыыны осы рамдас блікті бастапы концентрациясына туелділігінен алынып зерттелінеді. Талданатын зат сондай-а зерттелетін реакция катализаторы болуы ммкін.

 

Жалпы аландаы кез келген химиялы реакцияны жылдамдыы сер тигізетін заттарды концентрациясына, катализатора, активатора немесе ингибитора ерітіндіні ионды рамына, температурасына, еріткіштер мен реагенттерді табиатына жне баса да лшемдерге туелді. Мына реакция шін:

 

A + В—>Х (нім);(1)

 

бастапы жылдамдыты кинетикалы тедеу трінде рнектеуге болады:

 

U = \frac{dx}{dt} = \frac{-da}{dt}=kab ;(2)

 

мндаы a, b жне x - A жне B реагенттеріне жне X німіне сйкес бастапы концентрация, к - екі молекулалы реакция тратысы. Уаытты бастапы сті, яни t = 0, х = 0. Реакция басталып, t уаыты ткенде реакция німі нлден згеше болады, осы кездегі реагенгтерді концентрациясы, яни сйкес (а-х) жне (b-х). Мндайда осы реакцияны кинетикалы тедеуі трленеді:

 

U = dx/dt = k(а-х) (b-х);(3)

 

Талдауды кинетикалы дісінде те жедел жне баяу жретін реакцияны пайдалану тиімсіз. Кейде осы екі реакция жылдамдыыны шегін анытауды езі де иын. Бл реакциялар 1 минуттан бастап, 1-2 саат аралыында жріп туі керек деп абылданан. Тиісті аспаптар болан жадайда мнан да тез не баяу жретін реакцияларды лшеуге болады. Алайда 10-15 минут аралыында жретін реакциялар те тиімді деп есептелінеді. Натылы индикаторлы реакцияны жруіне ыпал ететін жоарыда келтірілген факторлар тиімді режимдегі сйкес реакцияны жргізуге арналан шарттарды тандап алуа ммкіндік береді.Индикаторлы реакция деп оны кмегімен талданатын зат аныталатын реакцияны айтады. Индикаторлы зат деп индикаторлы реакцияны жылдамдыын лшейтін затты айтады. Оны міндетін реакцияа тсетін осылыстар да, реакция німі де, катализатор да атара береді. Уаытты туімен индикаторлы заттын езгеруі мысалы, фото-, кулоно-, потенцио-, поляро-, электро-,абсорбциялы, рентгенометрлік сияты тсілдермен таайындалан.Жылдамдыы жеткілікті длдікпен лшенетін кез келген химиялы реакцияны талдауды кинетикалы одісінде пайдалана беруге болатына арамастан, каталиттік реакциялар жиірек колданылады. Мндай реакцияларды жылдамдыын келесі кинетикалы тедеумен рнектейді:

 

U = dx / dt = kСкт (a - x)(b- x);(4)

 

мндаы CKm - катализаторды концентрациясы. Катализаторды жне катализаторлы еместердін р трлі метрологиялы сипаттамасы болады. Біріншіні сезімталдылыы реакция жылдамдыын баылау шін тадап алан дісті сезімталдыымен байланысты. Олар жеткілікті трде сезімтал боланмен, аса таламды емес, солай бола тра сіресе, катализаторлы ион іздерін, млшерін анытау шін жиі олданылады. Екінші катализаторлы емес дістер аса срыптаушылы асиетке ие жне затты асиеті бойынша жакын иондарды ажыратпай-а жеке-жеке анытауа ммкіндік береді, мысалы, сирек жер немесе сілтілік жер элементтерді, гомологты катардаы органикалы осылыстарды, изомерлерді жне басаларды.Жалпы осы діс бойынша талдаандаы. олданылмалы жадайдаы салыстырмалы стандартты ауыту 0,1-0,3 боланда, теориялы байау шегі 1017 г/мл, іс жзінде - 10 9 - 10 10 г/мл, ал кейде 10 12г/мл.

 

Каталиттік деректермен танысан дістерді срыптаушылыын тиісті активаторларды, ингибиторларды, кптеген катализаторлы жасырын активті оспаларды, органикалы ортаны пайдалана отырып, сондай-а зерттелетін оспаны алдын ала шаймалау, сорбциялы оспаны хроматографиялы блу жне талданатын рамдас блікті концентрлеу жмыстарын жргізе отырып, арттыруа болады. Кез келген жадайда реакцияны кинетикалы тедеуін барынша арапайым ету жне оны жргізуді тиімді жадайын тадау шін индикаторлы реакциянын механизмі жайлы деректермен танысан пайдалы. Мысалы, реагенттерді біреуі бойынша нлдік реттілік жадайда оны концешрациясын жоарылатуды, оны индикаторлы зат ретінде пайдалануды кажеті жо . Ал екі молекулалы реакциялардаы заттын бірін те кп млшерде алса, оны баылауды керегі болмай алады да. тек екіншісін ана, яни екеуді бірін ана лшейді, мндайда кинетикалы тедеу де арапайым трге айналады. Атап айтанда, жоарыдаы А жне В рекеттесуші екі осылысты В затын кп млшерде алса, онда шамамен b ~ х b деп алуа болады да, оан сйкес 3 жне 4 тедеулері згереді:

 

V = - da/dt =k' (a - x)=dx/dt;(5)

 

V = - da/dt = k' Ckт (a-x) = k" ( a - x) = dx/dt;(6)

 

мндаы k' = kb

 

Осытедеулердібіреуібойыншаалынандифференциалдынемесеинтегралдыварианттарынпайдаланаотырып, аныталатынзаттыконцентрациясынесептептабуаболады. Сонымен, реакцияендіанабасталансттегі X мні, АжнеВмніменсалыстырандатеаз, АжнеВзатгарыныконцентрациясышамалызгереді. Мндайдаосыансйкестрызыланкинетикалыкисыктзусызытыболадыжнеоныеістікнеклбеулікбрышытратыаладыда, оныкейдебрыштыкоэффициентдейді. Демек, кинетикалыисытыбастапкытзусызытыучасткегебліп, брыштыкоэффициентітратыдепалып, кинетикалытедеудіосыучасткешіналамыз:

 

dx/dt = -da/dt = k'a не - dx/a = k'<dt;(7)

 

Блтедеудіртрлідифференциалдыкинетикалыдістердеолданады, мныбастапыжылдамдынемесетангенстікдісдептеатайды. БерілгенАзатыныртрлімндегіконцентрациясынасйкесx/t (немесе - a/t атынасынанытап, градуирленгенграфиктісалуаболады. Блбойыншаталданатынзаттырамдасблігініконцентрациясынанытайды. 7 тедеудіинтегралдаса:

 

x= k'at(8)

 

Алайда, a - х ~ акптегенжадайдашарттыболандыктан, 5 немесе 6 тедеудіинтегралдаукерек:

 

\int \frac{dx}{\alpha-x}\int k'\,dt;(9)

 

бдан - ln (a - х) = k't + const рнегіалынады, мндаы const мнінуелгі t = 0, х = 0 немесе -In a = const жадайынантуындайды, демек:

 

\ln \frac{\alpha-x}{\alpha} = k't;(10 )

 

Осытедеудіолданатыпкинетикалыдістердіинтегралдыдепатайды. детте, кинетикалылшеулертермостаттауакелтіреді, алайдакезкелгенблметемпературасындаактивтендіруэнергиясышамасыны (Е) мнінАррениустедеуібойыншаесептеугеболатындытан, оныберілгентемпературадажргізіп, тиістізгертулерменосымшаныенгізеді. Аррениустедеуі:

 

d\ln \frac{k}{dt} = \frac{E}{RT^2};(11)

 

Индикаторлыреакциянытекбіраназаткатализдейтіндейжадайдытудыраотырып, талдаудыэкстракциялык-каталиттікдісіндеондаыкатализатордыконцентрациясынтікелейэкстрактыдаанытауаболады. Сондай-аблдістікатализаторлардандабасаингибиторларменактиваторларды, мысалыорганикалыосылыстардыанытаушінолданады.

 

азіргікезде 200-денастамртрлікатализаторлыреакцияларсынылыпотыр. Олардыкейбіреулері 1-кестедекелтірілген. Ауыспалыметалдардыкатиондарымен, отгектіиондармен (S2O82-, СL3-, BrO3- , IО3-, ІО4-, MoO42 , МnO4 -) сутегіасынтотыымен, оттегіменорганикалыжнебейорганикалыосылыстардыгомогендітотыуынжиіпайдаланады. Солсиятыайсыбіранытаулардысезімталдыыменталампаздыынжоарылататынферментативтіреакциялардыдаиндикаторретіндепайдаланады.

 

Катализатордыингибитормензарарекеттесуіжоарыайталанушылыерекшелігібар (салыстырмалыалыптыауытуы 0,001-0,03) катализаторлытитрлеудісіненегізделген. Блдістердекатализаторыбарреакциялыоспаныингибиторерітіндісіментитрлейді. Олэквивалентнктесіниндикаторлыреакцияжылдамдыыныкртзгеруіменайындайды. Мысалы, аскорбин ышылыны оттегімен тотыуын мыс катионы (Си2+ ) катализдейді, мны ДТА ерітіндісімен титрлеп анытайды. Бл діспен комплексометриялытан грі сезімталдыы кшті металл иондарын анытауа да болады.

 

Катализатор катализаторлар туралы ілім.

Катализаторлар (грекше тотату, ыздыру, ыдырау реакциясы)жылдамдыын тез згертетін , біра здері реакция кезінде химиялы рамы згермейтін затарды айтамыз.

Катализатор атысында жылдамдытары згеретін реакцияларды каталиттік деп атайды.

те ертеден биологиялы катализаторларды (ферменттерді ) ртрлі ішімдіктерді дайындауда нан, сыр пісіруде , тері илеуде ролі белгілі ХVIII . Соы жне XIX басында эфирлену (К.Шееле 1782 ж) , дегидратация (Ж. Пристли, 1778 ж) полисахариттерді гидролизі (Г. Кирхгоф 1811 ж) , раекциялары арылы баса катализаторлар ашылды . М .Кучеров ацителенді сйытылан ккірт ышылыны гидратациялау реакциясын сынап тздары атысында жасады , М.Зайцев (1877ж ) . Платина катализаторын органикалы реакциялара олданды.

Катализатор ызметін кез келген агрегатты кйде болатын р трлі бейорганикалы жне органикалы заттар атарады.

Кейбір жадайларда реакция німі , ыдысты беті мен абырасы , ша , бу сияты р трлі оспаларда катализаторлы ызмет атаруы ммкін.

Егер катализатор реакцияны жылдамдыын арттырса катализ о , ал реакция жылдамд ыын тмендетсе , теріс деп аталады.Мысалы , ретінде сутек пероксидін алайы. Оан марганец (IV) оксидін аздап осса , оны ыдырауы тез жреді ; ал ацетанилидті осса млдем ыдырамайды.

Кейде реакциялы оспаа еш бір катализатор оспаса да , ондаы реакция німі катализатор болып реакция жылдамдыын згертеді. Мндай реакцияларды автокаталиттік , ал былысты автокатализ деп атайды.

Сутек ионы сірке этилді эфирге шабуыл жасап , оны сабындалу реакциясын тездетеді. Сутек ионы кбейген сайын негізгі реакция жылдамдыы арта тседі де , реакция нтижесіндегі ышыл зін зі катализдейді.

Автокаталиттік реакциялар ерекше сипата ие олар катализаторды ауыспалы су канцентрациясында теді. Сондытан бл реакцияларды жылдамдытары бастапы кезде тез сіп , тек келесі сатыларда рекеттесуші заттарды концентрацияларыны кенді себебінен жылдамды азая бастайды . Автокаталиттік реакция німіні кенетикалы исыы суретте берілген .

Автокатализ мысалына KMnO тотыуын да келтіруге болады , оны жылдамдыыны артуы реакциялы ортада жрген Mn катионыны серінен жзеге асады .

Сол сияты кейбір дерістерде олданылатын катализаторды рамына енетін те аз оспа оны абілетін не активтілігін тмендетіп , айсыбір жадайларда млдем жояды . Мндай зиянды оспаларды ингибиторлар немесе каталиттік улар деп атайды. Мысалы , мыс катализаторды кміртек (II) оксидіні те аз млшері уландырса платинаны каталиттік серін селен металыны оспа іздері а тмендетеді , ал темірден зірленген катализаторлар шін ккірт пен оттек жне оларды осылыстары , оксидтері те зиянды . Ингибиторлар практикада концерванттар , антиоксиданттар жне т.б. . жылдамдытарын реттеу шін ажет. Кейде екі не одан кп катализатор оспасыны активтілігі осы оспа рамына енетін жекеленген катализаторларды активтілігінен едуір арты болуы ммкін. Мысалы аммиакты оттекпен тотытырып азот (II)оксидін алып,одан азот ышылын синтездеу працесін платина не висмут (III) оксидімен,не темір (III) оксидімен катализдеп ,реакция жылдамдыын,оан байланысты нім шыымдылыын артырады. рине,платинаны катализатор ретінде олдананда , реакция жылдамдыы жоарлайды , ал оксидтерді пайдаланса , тмендейді . Катализатор ны да платинадан темір (III) оксидіне арай бірнеше есе арзандайды . Осы деріске висмут (III) пен темір (III) оксидіні (Bi ) арзан оспасын катализатор ретінде олданса , аммиакты тотыу реакциясы жоарыда келтірілген ш катализаторды да жеке жылдамдыынан арты болады екен .

Кейбір заттарды катализаторлы асиеті жо , ал оларды баса катализатора осса , онда мндай оспаны катализаторлы абілеті артады. Мндай заттарды промоторлар немесе активтендірушілер деп атайды . Бан екі мысал алайы . Кміртек оксидімен сутекті рекеттестіріп метанды синтездеу шін никель металын катализатор етіп олданады . Бл дерісті церий металы млдем катализдемейді . Ал никелге шамалы ана церийді осса , онда осы оспадаы никелді активтілігі жздеген есе артады екен .

Катализаторларды химиялы реакцияны жргізіп тездету себебі аралы осылыстар тоериясымен тсіндіріледі .

Катализатор рекеттесетін реагенттердді бірімен лсіз ана аралы осылыс тзеді , сонан со осы аралы осылыс келесі реагентпен жеіл реакцияа тседі .

Катализатор ызметі берілген реакцияны активтендіру энергиясын тмендетіп , ал оны жаа тиімді жолмен жруін амтамассыз етеді.

Егер А+В АВ реакциясы Е активтендіру энергиясын иемденсе , онда катализатор (К) аралы нім А+К АК тзуі арылы Е шамасын тмендетеді. Онда АК комплекс В компанентпен рекеттеседі . Бл реакция Е салыстыранда активтендіру энергиясы тмен жадайда жреді . Сонымен , ректтесуді осындысы нтижесінде АВ німі тзілді , ал катализатор реакцияда згеріссіз алады .

Катализатор термодинамикалы ммкін болатын реакцияны жылдамдыын згертеді , біра ол шынайы тепе тедікке « сер етпейді , яни тепе тедік тратысын жне термодинамикалы тепе тедік концентрациялады згертпейді . Ол бірдей млшерде рі тура , рі кері реакцияны жылдамдатады . Себебі катализатор бос энергиясыны кзі болып саналмайды , немесе реакция нтижесінде ол згеріссіз алады , демек оны бос энергиясы да траты болып келеді .

Егер температураны артыранда дерісті жылдамдамуымен атар ,тепе тедік те ыысса , ал катализатор тек тепе тедіке жету уаытын тездетеді , катализатор активті болан сайын бл уаыт та азыра .

Кейде катализатор реакция жылдамдыын згертумен атар , реакцияны механизмін де згертеді . Мысалы , бейкаталиттік диэтил эфиріні мономалекулалы нтижесінде кміртек аксиді , метан жне этилен тзіледі.

 

Катализатор (йод) атысында эфирді ыдырау жылдамдыы 10000 еседей артады , біра німдер ретінде кміртек оксиді , метан жне этан пайда болады .

 

р катализатор тек белгілі бір реакцияны тездетеді .Демек , емптературада екі трлі катализатор бір зата сер етіп,ртрлі німдері катализатор тадамалы трде сер ету асиетіне ие. Мысалы, бірдей температурада екі трлі катализатор бір зата сер етіп , ртрлі німдерді тзілуіне келеді

 

Тадамалы сер биологиялы катализатор ферменттерде ерекше сезіледі. р ферменттер белгілі бір млшеріне зат молекуласындаы беллгілі бір химиялы байланыса сер етеді. Мысалы, сахароза ферменті сахарозадаы глюкоза мен фруктоза арасындапы глюкозидтік байланысты жне трисахарид рафинозадаы осындай байланысты дисахарид (мелибиоза жне фруктоза тзетіндей зеді).

 

 

Катализге сер ететін факторлар

Реакция жылдамдыына андай факторлар сер етсе , катализге де солар сер етеді.

Температура сері: температура артанда каталиттік дерістерді жылдамдытары артады , бл реакция баытына жне катализатор активтілігіне де сер етеді. рбір катализаторды жоары активтілігі сол реакцияа тн белгілі температурада байалады . дерісті отайлы температурасын згерту катализатор активтілігіне нсан келтіреді . Бл , сіресе , табиаты асылды ферменттерде атты білінеді .

ысымны сері . ысым (немесе клем) згеруі кейбір каталиттік реакциялара елеулі сер етеді . Кейбір каталиттік реакциялар алыпты ысымда тпейді (жоары спирттер синтезі жне т.б) . ысымды арттыранда молекулалар арасындаы тиімді сотыысулар артып , реакция жылдамдыы да седі.

Еріткіштер сері. Ерітінділерде тетін каталиттік дерістерде еріткішті молекулалары рекеттесуші молекулаларды реакцияа абілеттірек етуі ммкін. Мысалы, полярлы еріткіштерді молекулалары рекеттесуші молекулаларды белсенді ионды трге оіай ауыстырылады . Промоторлар жне ингибиторлар серлері туралы жоарыда айтылды.

 

Катализ трлері .

Каталиттік реакцияларды катализаторларды жне рекеттесуші заттарды фазалы кйлеріне байланысты гомогенді жне гетерогенді катализ деп бледі мнан баса , ферменттік дерістермен байланысты микрогетерогенді катализ трі бар.

 

 

Гомогенді катализ .

рекеттесуші заттар мен катализаторлар біртекті сйы немесе газ жйесін раса , яни олар бір фазалы жадайда болса , онда катализ гомогенді деп саналады . Реагенттер мен катализаторлар біртекті араласады жне олар бейтарап молекула , немесе ионды , немесе комплекс трінде болады .

Мысалы , кміртек (II) оксиді су буыны катализдеуімен кміртек (IV) оксидіне айналады . Сол сияты ккірт (IV) азот оксиді(II) оксидіні катализдеуімен ккірт (VI) оксидіне айналады , крделі эфирлерді сабындалуы , дисахаридтерді кшті ышыл мен немесе сілтілік ерітіндісі арылы гидролизденуі т.б.

Гомогенді катализді жруін аралы осылыстар теорисы тсіндіріледі . Бл теория кптеген дл , жетілген зерттеу дістерімен длелденген,

А + В АВ каталиттік реакцияда К катализатор реагентпен (А) серлесіп , аралы трасыз нім береді :

А + К АК

АК- аралы нім.

Бл деріс айтымды болуы да ммкін . Аралы зат не ыдырайды немесе екінші зат молекуласымен серлеседі :

АК+В АВ+К

Бл реакция катализаторды жйеге енгізу дерісті активтендіру энергиясын тмендетуге келгенде ана жреді . Мысалы, жоарыда келтірілген ккірт (VI) оксидіні азот (II) оксидіні атысуымен тотыатын реакциядаы аралы осылыстарды жне жалпы процесті былай крсетуге болады :

2SO

1.2NO+O

2.2NO

 

 

Мндаы 1 жне 2 реакциялар аралы осылыстарды тзілуін жне катализаторды бастапы алпына келуін крсетеді .

Сірке альдегидін ыздырып ыдыратанда йод буын катализатор ретінде пайдаланады . Осы реакцияны катализаторсыз жргізгенде оны 518ºС –та активтендіру Е=191,1 кДж/мольге тмендеп , оны жылдамды константасы он мы есе седі . Бан басты себеп реакцияны екі сатыда жруі :

CH

1. CH 2.CH

Мндаы сатылай жретін аралы реакцияларды активтендіру энергиясы оны катализаторсыз жргізгендегіден аз. Сірке альдегидіні катализатор кмегімен жылу серінен ыдырауы рекеттесуші реагент пен катализаторды арасындаы аралы осылысты пайда болатынын длелдейтін гомогенді катализдегі реакцияларды бірі , йткені осындаы йодты метил де йодты сутекте траты жне оларды жеке бліп алуа болады .

Су ерітінділерінде гомогенді катализ сутек жне гидроксил иондарыны атысуымен теді жне оларды концентрациясы артан сайын , осы реакцияны жылдамдыы да артады . Сондай а , мндай реакцияларда пайда болатын сутектік байланыстарды серінен те ыса мерзімдік молекулалар мен иондарды арасында ионодипольдік бірігу болады жне ол гомогенді катализде елеулі орын алады . Осыны салдарынан рекеттесуші реагенттерді молекулалары полюстеніп , оларды реакциялаушы абілеті артады .

Гомогенді катализдегі теорияны басты жайларды бірі реакция жргенде катализаторды рекеттесуші реагенттерді бірімен аса трасыз аралы осылыс тзуі , сосын оны келесімен тез рекеттесіп катализаторды айта алпына келетіні .

Ерітінділердегі гомогенді катализде химиялы рекеттесу сипаты бойынша каталиттік дерістерді негізгі екі топа блінеді : ышылды –негіздік жне тотыу – тотысыздану .

 

Ферментті гомогенді катализ .

Ферменттер деп тірі азада тетін химиялы реакцияларды жеделдететін , жасушалар мен лпалар рамындаы асылды заттарды айтады .

азіргі кезде 10000 жуы биохимиялы реакция белгілі , оларды райсысы ферменттерді атысуына жзеге асырылады (2 мыдай ферменттер белгілі).

Ферменттерді ерекше асиеті – жоары тиімділігінде . Мысалы , сутекті асын тотыуыны ыдырауы катализаторсыз активтендіру энергиясы 75 кДж/молге дейін тмендейді , ал фермент каталазаны атысуына активтендіру энергиясыны шамалы небрі 23 кДж/молге ие болады . Мндай активтендіру энергиясыны згерісі реакция жылдамдыын 20000 жне жне 3*10 есе арттыруа келіп сотырады .

Асыл заттарды HCl серінен гидролизге шырауы шін активтендіру энергиясы 80 кДж/моль болу ажет , ал асазан слінде кездесетін фермент – трипсинні атысуында оны шамасы 50 кДж/ моль болады , сйтіп асазанны асыл затты таматы сііруі іске асырылады .

Бір моль фермент 1000-100000 моль затты бір секунд ішінде тасымалдап ферментті жо реакцияны жылдамдыын 10 есе арттырады . Ферментті мндай сер крсетуі , біріншіден , ферментті концентрациясына туелді , яни ферментті концентрациясы артан сайын оны субстратты зіне сорбциясы сіп реакция жылдамдыын мы есе арттырады.

Екіншіден , ферменттер кеістіктік бадарлану былысын танытады , ол реакция жылдамдыын шамамен мы есе арттырады . Осы былыс негізінде фермент пен субстрат кеістікте отайлы тйіседі.

шіншіден , ферменттер полифункциялы эффектке ие , ол оларды шешімі маызын крсетеді . Бл эффекті негізінде субстратты молекуласына бір уаытта бірнеше шабуылдайтын ферменттер тобыны серінде жатыр .

Ферменттер бл асыл заттар жне оларды туындылары , здеріні шіншілік рылымына орай жоары ерекшелікті биохимиялы катализаторлар ызметін атарады . Жалпы жасуша ртрлі ферменттерді ажет етеді , ал рбір фермент тек зіне тиісті реакцияны катализдейді. Мысалы , эстераза ферменті крделі эфир гидролизіні катализаторы болып табылады . Ферменттерді активаторлары ретінде металл иондары немесе органикалы молекулалар болып табылады , олара нуклеотидтер немесе витаминдер жатады . Оларды коферменттер деп атайды .

Ферментті катализді негізгі сипаты , фермент атысуында жретін реакция жылдамдыыны белгілі шамаа жетіп траты болып алуында . 1913 жылы Михаэлис пен Ментен ферментті жылдамдыыны субстрат концентрациясына туелділікті теориясын сынды . Ферментті дерісті схемасын былай сынуа болады :

E+S

Ондаы Е жне S фермент жне субстрат ,ES- аралы фермент-субстратты комплекс, P- реакция німі , ал К реакциялара сйкес жылдамды тратылары .

Ферменттер адам мірінде ерте кезден олданылады . Ашыту , ышылдау былыстары , жеміс жидектерді деу дерістеріні негізінде ферменттік катализ дерістері жатыр .

Кейінгі кездері медициналы энзимология арынды трде дамып келе жатыр , ол ферментті дрілік заттар ретінде пайдаланумен шылданады , сонымен атар ферменттер кмегімен диагностика дісін ойлап табуда ке клемді жмыстар жргізіліп жатыр .

Химиялы кинетика задылытарыны медицина ылымында олдау табуы фармококинетика жне токсикинетика , оны масаты дрілік заттарды жне улы заттарды сер ету жылдамдыы мен азадан шыарумен шылдану болып табылады.

 

 

Гетерогенді катализ.

Гетерогенді катализ деп рекеттесетін реагент пен ондаы катализатор р трлі фазада болатын реакцияларды айтады . Гетерогенді катализде катализатор атты зат, ал реагенттер не сйы , не газды кйінде болады . Мндай реакциялар екі фаза аралыындаы , яни ф азалы бетте , катализаторды бетінде жреді.

ндірісте гетерогенді катализ мысалы , ретінде ккірт ышылын контакт дісімен алуды , SO ні SO ке айналдыру шін олданылатын Pt катализаторын аммиакты H пен N ден синтездеу (катализатор жмса Fe+Al ) т.б. реакцияларды алуа болады.

Гетерогенді катализ кптеген органикалы заттарды алу шін олданылады . Мысалы , мндай німдерін (бензин, солярка , керосин т.б заттар) каталитикалы крекинг дісімен алады . H мен CO синтезі арылы метил спирті алады . Оны тотытыранда , формальдену тзіледі , соы зат пластмассаларды дайындауда бастапы зат ретінде саналады .

Химия жне фармация ндірістерінде олданылатын катализаторлар периодты жйедегі кптеген элементтерден , металдардан жне тздарынан , сульфидтерінен , оксидтерден трады .

Гетерогенді катализді жруі рекеттесуші зат молекулаларыны катализатор бетімен серлесуіне , яни адсобцияа байланысты. Катализаторды сері оны беттік ауданы артан сайын седі , ол шін катализаторды те майда блшектер трінде олданылады . Біра нта катализатор газ аынымен тез шып кетеді , ал оны лкен массасы газ аынына кедергі келтіреді . Сондытан катализаторды майда кйінде инертті тсеуіштер тасымалдаыш заттар (силикагель, алюмогель, тздар т.б) бетіне себеді немесе катализатора таблетка , шар тріздесі не цилиндрлі пішін беріп , ныыздайды . Гетерогенді катализаторларда сутек пен азоттан алынатын аммиак сияты маызды заттарды синтездеу кйіндегі экзотермиялы реакцияларды олданан ыайлы . Мндай реакцияларды активтендіру энергиясы жоары , нім шыымы тиімді емес , Ле-Шателье ережесіне сйкес жоары температурада тепе тедік бастапы ыысады . Ал катализаторды олдану жылу блінетін реакцияларды тепе тедікке тменірек температураларда тез жетуге ммкіндік береді .

Жалпы катализдегідей гетерогенді дерісте катализаторды активтілігі концентрацияа . температураа , ысыма , рекеттесетін реагенттер мен катализаторды химиялы рамына , таы да басалара байланысты болады (олар тадамалы асиетпен сер етеді ).

Гетерогенді катализді механизмі мен себептерін тсінуде кптеген тжірбие кезінде жинаталан мліметтерге негізделген екі жайды маызы зор:катализатор бетіне (стіне) рекеттесетін реагентті адсорбциялануы;каталиттік реакциялара катализаторды беті тгелдей атынаспай, тек активті орталы деп аталатын жекеленген шаын блшектерден тратын, аса кп емес блігіні ана рекеттесуі. Демек адсорбция гетерогенді катализдегі бірден бір маызды, негізгі сатыларды бірі екен. Осындай адсорбция кезінде катализаторды беткі абатында орналасан малекулаларды структукалы рамын згертіп, оларды реакцияа тсу абілеті артады, Мндай катализатор бетіне адсорбцияланан малекулаларды химиялы байланыстары лсіреп , здеріні рылымын згертуі хемосорбция кезінде байалады . олай болса , осындай жадайдаы гетерогенді катализді механизмін хемосорбция анытайды екен . Катализаторды беткі абатына хемосорбцияланан реагентті мономалекуладан тратын абаты ерекше сипатталатын аралы абат ретінде арастырлады жне ол те трасыз боландытан да реакцияа тсуге абілеті жоары болады .

А+В німдер

Осы сызбамен тетін бимолекулалы бейкаталиттік реакцияны жылдамдыы катализатор атысында артады , бейкаталиттік реакцияны активті комплексі , осыан сас гетерогенді катализ де активтелген адсорбциялы кйде кешері.

Катализ дерісі мына сатылардан трады :

1.Бастапы заттарды катализатор бетінде адсорбциялануы:

A+B+Kт Kт

Бл деріс детте активтелген жне экзотермиялы.

2.Адсорбцияланан кйді активті жадайа ауысуы:

ABKт т

Бл деріске гетерогенді каталиттік реакцияны шынайы активтендіру энергиясы деп аталатын белгілі бір энергия ажет .

3. Адсорбцияланан кйде соы німдері тзу реакциясы :

АВКт німдерКт

4.Адсорбцияланан німдерді десорбцияланып , катализаторды айта алпына келуі:

німдерКт німдер+Кт

Демек , гетерогенді катализде де катализаторды жылдамдату сері гомогенді катализдегдей , аралы осылыстарды тзлп , активтендіру энергиясыны тмендеуіне байланысты .

 

Гетерогенді катализ тоериялары .

за жылдардаы зерттеулер нтижесі гетерогенді катализді крделі жне кпсатылы екенін длелдеді , азіргі кезде гетерогенді катализді жалпы , бірттас теориясы жо.

Катализаторды активті орталытар теориясы . Мны сынан аылшын алымы Г.Тейлор (1925 ж) . Бл теорияа сай активті орталытар атомдар кристалды тормен лсіз байланысан катализатор бетіні кейбір айматарында пайда болады . Мндай активті "шыдар ” те аз . Олар катализатор бетіні 0,1% райды. Катализ тек активті орталытарда жреді.

Катализді абсорбциялы теориясы . Бл теория бойынша химиялы дерісті жылдамдыы катализатор бетінде рекеттесуші заттар молекулалары кбірек адсорбцияланан сайын артады, себебі атты бетте молекулалар саны артып , тиімді сотыысулар саны седі . азіргі кезде белгілі боландай катализатор беті тегіс емес , осы себепті беттік бос энергия р аймата ртрлі болады . Бл беттік абатта активті орталытарды бар екенін длелдейді. Электростатикалы ріс те боландытан молекулалар осы орталытарда адсорбцияланады . азіргі кезде активті беттер арылы адсорбцияланан затты молекуласыны деформациялануы туралы пікірлер катализ механизмін тсіндіруге кмектеседі .