Лекція № 10

Тема:Каталіз та його види.

Мета:Навчитися відрізняти гомогенні та гетерогенні каталітичні реакції, вплив ферментів на проходження каталітичних реакцій.

Зміну швидкості хімічної реакції у присутності додаткових речовин – каталізаторів, називають каталізом.

Каталізатором називається речовина, яка прискорює реакцію, беручи участь в елементарній стадії, але виходить з такої взаємодії хімічно незмінною. Каталізатори частіше за все прискорюють реакцію. У цьому випадку каталіз називають позитивним. Каталізатори, які уповільнюють хід хімічного процесу, називають інгібіторами.

Каталізатор відрізняються вибірковою дією, тому їх називають специфічними, тому що даний каталізатор може впливати тільки певний вид реакції.

Три види каталізу:

При гомогенному каталізі реагуючі речовини і каталізатор знаходяться в одній фазі. Дія каталізатора заклечається в тому, що він з вхідними речовинами утворює нестійкі проміжні сполуки. Наприклад:

А + В = АВ

в присутності каталізатора К можна представити як процес, який протікає по наступним стадіям:

1. А + К = АК (проміжна сполука);

2. АК + В = АВ + К.

Приклад утворення складного ефіру: С₂Н₅ОН + СН₃СООН = СН₃СООС₂Н₅ + Н₂Ойде роки. Якщо використовувати розчинену НСІ чи H₂SO₄+ t, то реакція відбувається в 2 - 3 години.

При гетерогенному каталізі реакції протікають на поверхні каталізатора площа поверхневого шару каталізатора та його будова визначає активність каталізатора. Для збільшення площі поверхневого шару каталізатора звичайно придають пористу структуру або його наносять тонким шаром на другу хімічно нейтральну речовину (пензу, азбест). Каталізатори другого типу називають нанесеними, а нейтральну речовину - носієм. Каталітичною активністю володіє не вся площа, а тільки її активні центри. Наявність активних центрів на поверхні каталізатора підтверджується високою чутливістю каталізатора. Весь каталітичний процес розбивають на 5 послідовно протікаючи стадій:

1. дифузія молекул реагуючих речовин до поверхні каталізатора;

2. адсорбція молекул реагуючих речовин на поверхні каталізатора;

3. хімічна реакція;

4. десорбція молекул продуктів реакції;

5. дифузія молекул продуктів реакції з поверхні каталізатора в рідку або газову фазу.

Всі ці стадії можуть відбуватися з різними швидкостями, тому швидкість всього каталітичного процесу визначається його найбільш повільною стадією. Наприклад: контактний спосіб отримання H₂SO₄ (SO₂ окислюють О₂за участю V₂ O₅ в суміші з H₂SO₄ ).

Ферментативний каталіз - під дією ферментів. Наприклад: обмін речовин в організмі.

Для каталізаторів характерна специфічність дії: кожний каталізатор здатний впливати не на будь-яку реакцію, а лише на певну, або на групу реакцій, схожих за механізмом.

Механізм гомогенного каталізу пояснюють теорією проміжних сполук. Згідно з цією теорією каталізатор взаємодіє з однією із вихідних речовин, утворюючи нестійку хімічну сполуку, яка енергійно взаємодіє з іншою вихідною речовиною реакційної суміші, а каталізатор відновлюється до початкового стану. Процеси гомогенного каталізу особливо важливі у біохімічних процесах, отже життєдіяльність будь-яких організмів залежить від швидкості переробки продуктів харчування в речовини, які необхідні для розвитку та функціонування організмів. Біологічні каталізатори називають ферментами. Ферменти розподіляються на прості та складні. Прості ферменти складаються тільки з білка, складні з білка і небілкової частини, яку називають коферментом. Деякі з них складаються з одного компонента (пепсин, трипсин). Більшість ферментів мають складну будову. Основними особливостями ферментів є винятково висока каталітична активність та хімічна специфічність. Кожний фермент прискорює перебіг одного процесу: пепсин – каталізує розщеплення білків на амінокислоти; амілаза – перетворення крохмалю на цукор.

Ферменти більш чутливі до зовнішніх умов, вони проявляють свою активність строго визначному інтервалі значення рН середовища. Зміна рН зразу викликає зменшення активності ферментів. Дуже чутливі ферменти до змінення температури. Для кожного виду ферментів є оптимальна температура при якій вони будуть проявляти максимальну активність. Звичайно вона знаходиться в межі від 40-60 ⁰С.

У разі гетерогенного каталізу реакційна суміш і каталізатор утворюють дві фази. Як, правило, каталізатор – тверда речовина, а реагуючі речовини – гази або рідини. Гетерогенні каталітичні реакції відбуваються на поверхні каталізатора. При цьому дуже велике значення має поверхня зіткнення реакційної суміші з каталізатором. Тому тверді каталізатори звичайно використовують у подрібненому стані, щоб площа зіткнення між ними і реагуючими речовинами була найбільшою. Теорія гетерогенного каталізу заснована на явищі адсорбції.

Прискорюючи дія каталізатора в гетерогенному каталізі, які і в гомогенному, пов’язана з тим, що реагуючі речовини утворюють проміжні сполуки, що зумовлює зниження енергії активації.

Гетерогенний каталіз широко застосовують у хімічній промисловості в таких процесах, як синтез аміаку, виробництво сульфатної та нітратної кислот, одержання етилену, формальдегіду, синтетичного каучуку.

Відомо, що одним із основних процесів приготування хліба являється бродіння тіста. Сахара, які містяться в борошні зброджуються з дріжджами з утворенням СО₂. Вміст власного цукру в борошні маленький і вони не можуть забезпечити інтенсивного газоутворення, але в борошні є ферменти – амілази, які розщепляють крохмаль, таким чином підтримують необхідну концентрацію моно- та дисахаридів.

Ферментативний гідроліз крохмалю є основним технологічним процесом в промисловому добуванні спирту.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Типи хімічних реакцій	\|	Електропровідність електролітів. Питома, еквівалентна і загальна.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.