Kimya 2018-08-23

Katalizin əsas anlayışları

Katalizin əsas anlayışları

E-mail Üzvlüyü

XIX əsrin sonunda görkəmli alimlərdən Libix, Faradey və Ostvald Berseliusun kataliz haqqında anlayışını tənqid atəşinə tutmuşdurlar. 1884-1901-ci illərdə Ostvald öz elmi əsərlərində kataliz anlayışını yeni təyinini irəli sürdü. Qeyd etmək lazımdır ki, kataliz anlayışının hazırki təyini Ostvaldın 1901-ci ildəki təyinindən heç də fərqlənmirdi: “Katalizator - elə bir maddədir ki, kimyəvi reaksiyanın son məhsuluna daxil olmur, lakin onun surətini artırır’’. Eyni zamanda Ostvald qeyd etmişdir ki, katalizator sistemin kimyəvi tarazlığının vəziyyətini dəyişmir. Bu haqda sonrakı bölmələrdə ətraflı məlumat veriləcəkdir.

Katalitik proseslər müxtəlif olduğundan onun təsnifatı da çox mürəkkəbdir. Lakin reaksiyada iştirak edən maddələrin və katalizatorun faza tərkibindən asılı olaraq homogen və heterogen katalizə ayrılırlar. Homogen katalizdə reaksiyada iştirak edən maddələr və katalizator eyni fazada, heterogen katalizdə isə müxtəlif fazada olurlar. Homogen katalizə misal olaraq sulfat turşusunun kamera metodu ilə istehsalı, şəkər qamışının inversiyası ilə hidrolizi, nişastanın hidrolizi, sulfolaşma, halogenləşmə, hidratlaşma və başqa üzvi reasiyaları göstərmək olar. Qeyri üzvi maddələrdə homogen reasiyalar olur. 

Katalizator məhsulla stexiometrik nisbətdə olmur, bir qayda olaraq reagent məhsula çevrilən hər bir tsikldən sonra regenerasiya olunur. Çox hallarda katalizatorun miqdarı reagentin miqdarından az olur. Məsələn, 1q Pt katalizator 104 q SO2-nin SO3-ə və ya 106 q NH3-ü NO-a çevirir.

Reaksiyanın sürətini artıran katalizatorlar müsbət kataliz, reaksiyanın sürətini ləngidən katalizatorlar isə mənfi kataliz adlanır. Çox hallarda «kataliz» termini dedikdə müsbət kataliz nəzərdə tutulur. Mənfi katalizatorlar antikatalizatorlar və ya ingibitorlar adlanırlar. Ədəbiyyatdan bəzi hallarda ingibitor anlayışı ancaq zəncirvari reaksiyaların ləngiməsini və ya zəncirin qırılmasını ifadə edir. Reaksiya məhsulu və ya aralıq məhsulların birisinin reaksiyasiyasının sürətini artıran hadisə avtokataliz adlanır.

Kataliz anlayışı əlavə göstəricilərə malikdir: 1) reaksiya zamanı kimyəvi dəyişməyən, 2) reagent ilə katalizator arasında aralıq kimyəvi əlaqə, 3) bu əlaqənin çox dəfəli olmasıdır.

Məlumdur ki, katalizatorun kimyəvi tərkibi reaktora doldurulmazdan əvvəl və boşaltdıqdan sonra çox hallarda fərqlənirlər. Bəzi hallarda reaksiyada iştirak edən reagentlərin nisbəti dəyişdikdə katalizatorun quruluşu və tərkibi dəyişə bilər. Bu katalizatorun kimyəvi stabilliyini elementar mərhələyə aid edir, hər bir proses üçün elementar mərhələ müəyyən olunmalıdır. Reaksiyanın sürətinin dəyişməsinə bir çox fiziki faktorlar təsir edir (işıq, radiasiya şüalanma, maqnit sahəsi və s.) bunları katalitik reaksiyalar adlandırmaq olmaz. Kimyəvi reaksiyaların sürətinin maye fazada həlledicilərin təsirindən artmasını həm kimyəvi, həm də fiziki hadisə adlandırmaq olar. Prosesə bu təsiri kataliz adlandırmaq olmaz, çünki, həlledicinin miqdarı bir qayda olaraq həll olmuş maddənin miqdarından çox olur.

Əgər katalizator reaksiyada iştirak edən maddə ilə eyni fazada olursa (adətən çox hallarda maye) homogen kataliz adlanır. Bu halda katalizator reaksiya həcmində bərabər paylanmış olur və ya molekulyar-dispers halda olurlar. Homogen katalitik reaksiyalara hidratlaşma, hidroliz, sulfolaşma, halogenləşmə, eterefikasiya, kondensasiya və s. göstərmək olar. Belə reaksiyalarda maye fazada turşu və ya qələvilərin iştirakı ilə, eyni ilə, Co, Mn, Fe, Cn və s. duzlarının iştirakı ilə karbohidrogenlərin oksidləşməsini göstərmək olar. Əgər katalizator və reaksiyaya daxil olan maddələr müxtəlif fazada və onlar arası bölmə sərhəddi olarsa, heterogen kataliz adlanır. Sənayedə homogen-katalitik proseslərə nisbətən heterogen – katalitik proseslər daha geniş tətbiq olunur. Sənaye əhəmiyyətli proseslərdən ammonyakın sintezi və oksidləşməsi, SO2-nin SO3-ə oksidləşməsi, karbohidrogenlərin oksidləşməsi, CO+H2O və ya CH4+H2O-dən hidrogenin alınması, alkanların olefinlərə, olefinlərin dienlərə dehidrogenləşməsi və piylərin hidrogenləşməsi, neftin katalitik krekinqi, riforminq və s. heterogen katalitik proseslərə aiddir.

Heterogen-homogen kataliz elə proseslərdir ki, bərk katalizatorun səthində başlayan proses qaz və ya maye faza həcmində reaksiya davam olunur. Adətən, bu ekzotermiki radikal-zəncirvari reaksiyalara xas olurlar. Belə proseslərə misal olaraq oksid katalizatorlarının üzərində metanın CH3OH və ya CH2O-ya çevrilməsini göstərmək olar. Belə reaksiyalar aşağı temperaturda heterogen, yüksək temperaturda homogen, orta temperaturlarda heterogenhomogen mexanizmi ilə gedirlər. Katalitik proseslər mexanizminə və katalizatorların seçilməsinə görə təsnifata bölünürlər. Bərk katalizatorların təsir mexanizmi müxtəlifdir. Qeyd etmək lazımdır ki, katalizin ümumi nəzəriyyəsi yox dərəcəsindədir. Lakin eyni tipli reaksiyalar üçün müəyyən nəzəriyyələr işlənmişdir. Katalizatorların quruluşunun xüsusiyyətlərini və mexanizmini nəzərə alaraq 5 tipə bölmək olar.

1. Turşu və əsaslar (homogen və heterogen katalizatorlar) sulu və susuz mühitdə Brensted proton, Lyuis-Usanoviç aproton, aproton və proton bərk oksidlər mərkəzi (γ-Al2O3, Al2O3-SiO2, seolitlər), istənilən əsaslar (MgO, CaO, anion mübadilə qətranları) olurlar.

2. Metal kompleksləri (homogen və heterogen katalizatorlar) -MLn, MmLn.

3. Bərk metal birləşmələri MmXn, burada X - O, S, Se, Te, As, P, C, N, Si, B, H-heterogen katalizatorlar.

4. Metallik katalizatorlar (heterogen)- inert daşıyıcılar üzərində hopdurulmuş (Pt- Al2O3) və ya aktiv metal və ərintilər.

5. Fermentlər (homogen və heterogen).

Dövrü sistemdə elementin yerləşdiyi yer, yəni atom və ionların elektron örtüyünün quruluşu maddənin əsas kimyəvi və fiziki xassələrini təyin edir. Dövrü sistemdə elementlərin tutduğu vəziyyət ilə aktivlik arasında müqayisə əsasında müəyyən qanunauyğunluğun olması göstərilmişdir. S.Z.Roqinskiyə görə katalitik reaksiyaları iki böyük sinfə bölmək olar:

1. oksidləşmə - reduksiya (bir elektronlu);

2. turşu - əsas (ionlu)

Birinci sinif, elekton keçidi ilə əlaqədar olan proseslərdir. Məsələn, oksidləşmə hidro- və dehidrogenləşmə, oksigenli birləşmələrin (H2O2, N2O, KClO4) parçalanmasında tipik katalizatorlar kimi metal və yarımkeçiriciləri göstərmək olar. Bu maddələr çevik və tez həyəcanlanmaya qadir elektronlara malik olurlar. Keçid metallar VIII qrup (Pt, Pd, Ru, Fe, Co, Ni və s.), I qrup (Cu, Ag, Au və s.) elementləri və bəzi keçid elementləri olmayan (ZnO, ZnS) katalizatorlar ola bilərlər.

İkinci sinfə turşu-əsas əlaqələrdən katalitik krekinq, hidratlaşma, dehidratlaşma, hidroliz, izomerləşmə, polimerləşmə və üzvi maddələrin kondensləşməsini və s. göstərmək olar. Belə katalizatorların tipik nümayəndəsi kimi turş (amorf və kristallik alümosilikatlar, Al2O3, super turşular, seolitlər, heterogenli turşular), əsas kimi (MgO, CaO) göstərmək olar.

Üçüncü sinif katalitik reaksiyalar koordinasiya birləşmə katalizidir. Koordinasiya rabitəsi donor–akseptor rabitəsi olub kompleks birləşmələrində yaranır. MLn-kompleksində mərkəzi (metallik) atom digər atom və ya liqand L qrupları ilə əlaqələnir, rabitə sayı (n) metallik (M) formal valentini üstələyir.

Koordinasiya rabitəsini keçid və ya qeyri keçid elementin atomları yaradır, lakin bu əsasən keçid elementlərə xasdır. Koordinasiya rabitəsinin enerjisi bir qayda olaraq kovalent enerji rabitəsinə nisbətən aşağı olur. Bu hal koordinasiya rabitəli birləşmənin katalitik reaksiyalarda yaranmasını və iştirakını asanlaşdırır.Koordinasiya rabitəsi aşağı temperaturlarda gedən reaksiyalarda müşahidə olduğundan homogen katalizə xasdır. Heterogen katalitik reaksiyalarda elektron keçidi mürəkkəb olmadığı hal da ola bilər, məsələn, Tsiqler-Natteyə görə TiCl3 bərk katalizatoru üzərində polimerləşməni göstərmək olar. Eyni bir reaksiya müxtəlif şəraitdə və müxtəlif katalizator üzərində oksidləşmə-reduksiya (homolitik) və turşu-əsas (heterolitik) mexanizmi ilə də gedə bilər


Android Proqramı Yüklə

Android proqramı yükləyərək elmi-texnoloji yeniliklərdən məlumat ala, kitabxanadan istifadə edə, video dərsliklərdən yararlana bilərsiniz.

Yüklə

Ən Çox Oxunanlar

1

Qanın laxtalanması

Müəllif: Xəyal Hüseynov
2

Kufus Politalamiya

Müəllif: Əlibaba Əliyev
4

Bal arıları haqqında 8 məlumat

Müəllif: Əlibaba Əliyev
5

Konyak istehsalının tarixi

Müəllif: Əlibaba Əliyev

E-mail Üzvlüyü

E-mail vasitəsilə məlumatlanmaq istəyirsinizsə abunə olmağı unutmayın.

Kitab Məsləhəti