Химиялық технологияның теориялық негіздері Негізгі технологиялық түсініктер және анықтамалар

ретінде кейбір көмірсутектерді полимеризациялауда қолданылатын BF
3
-ті
келтіруге болады. 
Катализдің мәні. Катализ – химиялық реакцияларды жылдамдататын 
неғұрлым тиімді және рационалды құралы. Катализаторларды тәжірибеде 
қолданғанда активациялану энергиясы жоғары болатын өзгерістерді жүзеге 
асыруға болады. Катализаторларды қайтымды экзотермиялық реакцияларда 
қолдану өте маңызды болып табылады. Себебі бұл реакцияларда 
температураның күрт көтерілуі өзгерудің тепе-теңдік дәрежесін күрт 
төмендетеді және реакцияның термодинамикалық мүмкін емес болуына 
әкеледі. 
Катализаторлар – бастапқы заттармен және аралық өнімдермен көп 
қайтара аралық әрекеттесе отырып, химиялық реакцияның механизмін 
өзгертеді және тепе-теңдікке жету жылдамдағын арттырады, сонымен қатар 
реакция аяқталғаннан кейін олардың бастапқы қасиеттері орнына келеді. 
Катализаторлар ретінде қолданыла алады: газдар, сұйықтар, қатты заттар, 
сондықтан агрегаттық күй бойынша катализ бөлінеді: гомогенлі катализ – 
химиялық реакцияның барлық компоненттері және катализатр бір фазада 
болады; гетерогенді катализ – реакцияда басқа фаза бар, яғни фазалардың 
бөліну беті де бар. 
Каталитикалық процестердің жіктелуі
Әсер ету механизмі бойынша келесі процестер болады: 
- қышқыл-негіздік әрекеттесу орын алатын каталитикалық процестер (Н
+
, 
ОН
-
иондардың ауысуы; катализаторлар: қышқылдар, негіздер, олармен 
ылғалдандырылған индифферентті ерітінділер);
- каталитикалық реакциялар – тотығу-тотықсыздану процестер жүреді
(металдар, оксидтер немесе металдардың сульфидтері); 
- автокаталитикалық реакциялары бар каталитикалық процесстер (аралық 
өнімдер – катализаторлар). 
1-ші топтың реакцияларында (Н
+
) немесе (ОН
-
) иондарының электроны 
катализатордан әрекеттесетін заттардың біреуіне немесе керісінше ауысады. 
Реакцияның келесі сатыларында (Н
+
) немесе (ОН
-
) кері бағытта жылжиды 
және катализатордың құрамы орнына келеді. Бұл жағдайда әрекеттесу 
әрекеттесетін заттың электрондарының бірлескен жұбы арқылы орындалады. 
Окси-редуциялайтын катализдің 2-ші тобының реакцияларында аралық 
әрекеттесу электрондардың катализатор мен әрекеттесетін зат арасында 
ауысуларымен байданысқан. Мысалы, SО
2
-нің SО
3
-ке
дейін тотығуы немесе 
NН
3
-тің N-ге дейін тотығуы. 
Екі серіктесті байланыстыратын электрон жұбы екі серіктестің арасында 
бөлінгенде ковалентті байланыстың изотермиялық үзілуі орын алады. 
Түзілетін бөлшектер (еркін радикалдар, атомдар) тұрақсыз. 
Гетролитикалық процесс кезінде электрондық жұп толығымен бір 
серіктеске ауысады және ол кері зарядқа ие болады, ал екіншісі оң зарядқа ие 
болады (байланыстық иондық үзілуі). 
Катализатордың 
жылдамдату 
немесе 
баяулату 
әсерінің 
мәні
реакциондық жолдың өзгеруінде болады, осының салдарынан активациялану 

энергиясы да өзгереді.
Химиялық процесті жылдамдататын басқа факторлардан катализатордың 
айырмашылығы, ол тек қана химиялық жылдамдығына әсер етеді, ал 
термодинамикаға әсерін тигізбейді. Катализатор тепе-теңдік күйге жету 
моментін жылдамдатады. Егер катализатор процесті жылдамдатса, онда бұл 
оң катализ, егер баяулатса – теріс катализ (ингибитор енгізіледі). Катализ 
процестің жылдамдығын өзгертіп қана қоймайды, сонымен қатар өнімнің 
сапасын жақсартады. Көптеген катализаторлардың әсері талғамды болады, 
яғни катализатор бірнеше термодинамикалық мүмкін болатын реакциялардың 
тек негізгісін ғана жылдамдатады, сондықтан алынатын өнімдер таза болады 
(қосымша тазарту мен концентрлеу қажеттілігі жойылады). 
Катализатор реакцияны энергияның төмен шығынын қажет ететін басқа 
жолға бағыттайды (1.7-сурет). 
Реакциялардың 
төмен 
жылдамдықтарының 
салдарына 
жоғары 
энергетикалық кедергі жатады (жоғары активациялау энергиясы), ол кедергіні 
молекулалар реакцияға түспей тұрып жоюлары қажет. Энергетикалық 
қисықтың ең биік нүктесі энергетикалық қолайсыз өту күйіне сай келеді (1.7-
сурет, 2). Катализатор активациялану энергиясын төмендетеді және 
реакцияны басқа жолға бағыттайды (1.7-сурет,1). 
Катализатордың әсерін шартты мысал бойынша түсіндіруге болады. 
мысалы, активациялану энергиясы Еа
некат
болатын бірсатылы реакция жүреді. 
A + B → AB 
Реакцияның жолы энегетикалық диаграммада (1.7-сурет) қисықпен 2 
көрсетілген. Активациялану энергиясының өте жоғары болуы салдарынан бұл 
реакция өте баяу жүреді. К катализатордың қатысуында реакция механизмі 
өзгереді, ол бірнеше бірізді сатылар арқылы орындалады (қисық 1)).
1.7-сурет – Каталитикалық (1) және каталитикалық емес (2) 

реакциялардың энергетикалық диаграммалары 
Бірінші сатыда аралық белсенді кешен БК түзіледі: 
К + А → К···А → КА 
Сонан соң белсенді кешен катализатор кешенін және өнім түзіп екінші 
реагентпен В әрекеттеседі: 
КА + В → КА···В 
Соңғы сатыда кешен КА···В өнім АВ түзіп ыдырайды және катализатор 
жаңа каталитикалық кешен үшін босайды: 
КА···В → АВ + К 
Бұл сатылардың әр қайсысы активациялау энергиясының өз мәндерімен 
сипатталады, бірақ бұл энергетикалық кедергілердің әр қайсысының биіктігі 
каталитикалық емес реакцияның активациялану энергиясынан төмен болады. 
Катализаторлар химиялық реакцияны жылдамдатумен қатар, оның 
жүруін бағытай алады. Мысалы, көміртек оксидінен СО және сутектен Н
2 
қолданылған катализатордың түріне байланысты әртүрлі заттар алуға болады. 
Олар метанол, сұйық көмірсутектер. 
Катализдың энергетикалық тиімділігінің жоғары болуы каталитикалық 
процестердің небары төмен температураларда жүруі болып табылады. Себебі 
бұл кезде энергетикалық шығындар да төмендейді.
Катализ – заттар-катализаторлардың қатысуында химиялық реакцияның 
жылдамдығының артуы немесе қозуы. Катализаторлар реакцияға қатысқанда 
реагенттермен аралық химиялық әрекеттесуге түседі, бірақ реакция 
нәтижесінде өзгерісіз күйде қалады, яғни өз химиялық құрамын орнына 
келтіреді. 
Катализатордың әсерін түсіндіретін бірнеше механизм белгілі, бірақ 
олардың ешқайсысы әртүрлі заттардың белгілі бір реакцияға каталитикалық 
әсерін алдын ала болжай алмайды. Каталитикалық реакциялар 
термодинамиканың жалпы заңдарына бағынады, бірақ өдеріне тән 
ерекшеліктерге ие болады, себебі бұл реакцияларда қосымша компонент 
«катализатор» бар. Катализатордың әсері химиялық реакцияларды 
белсендендіретін басқа факторлардың әсерінен (мысалы температура мен 
қысым) түбегейлі өзгеше болады. Температураның артқанда әрекеттесетін 
молекулалардың ішкі энергиясының өсуі және белсенді молекулалардың 
санының артуы салдарынан реакциялар жылдамдайды. Бұл кезде жүйенің ішкі 
энергиясы өзгереді және тепе-теңдік ығысады. Катализатор бірдей дәрежеде 
тура және кері реакциялардың жылдамдықтарын арттыратын болғандықтан, 
жүйенің тепе-теңдігін ығыстырмайды, ол тек қана тепе-теңдікке жету 

жүктеу/скачать 0.8 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: