ردود الفعل التحفيزية: أمثلة. الحفز المتجانس وغير المتجانس
الكيمياء هي علم المواد وتحولاتها ، وأيضا طرق للحصول عليها. حتى في المناهج الدراسية العادية ، يتم النظر في مسألة مهمة ، مثل أنواع التفاعلات. يأخذ التصنيف ، الذي يقدم الطلاب على المستوى الأساسي ، في الاعتبار التغير في درجة الأكسدة ، مرحلة التدفق ، آلية العملية ، إلخ. بالإضافة إلى ذلك ، تنقسم جميع العمليات الكيميائية إلى تفاعلات غير حفزية وتحفيزية. توجد أمثلة على التحولات التي تحدث بمشاركة محفز في الحياة العادية: التخمر ، الاضمحلال. التحولات غير التحفيزية أقل شيوعا.
ما هو محفز؟
إنها مادة كيميائية يمكن أن تتغيرسرعة التفاعل ، لكنه لا يشارك في ذلك. في الحالة التي يقوم فيها المحفز بتسريع العملية ، فإنها مسألة تحفيز إيجابي. في حالة أن المادة المضافة إلى العملية تقلل من معدل التفاعل ، فإنه يطلق عليه مثبط.
أنواع الحفز
يختلف الحفز المتجانس وغير المتجانس فيالمرحلة التي تقع فيها المواد الانطلاق. إذا كانت المكونات الأولية المأخوذة للتفاعلات ، بما في ذلك العامل الحفاز ، في نفس الحالة الإجمالية ، تستمر الحفازات المتجانسة. في حالة مشاركة مواد طور مختلفة في التفاعل ، يحدث التحفيز غير المتجانس.
الانتقائية من العمل
الحفز ليس مجرد وسيلةزيادة إنتاجية المعدات ، فإنه يؤثر بشكل إيجابي على جودة المنتجات التي تم الحصول عليها. من الممكن تفسير هذه الظاهرة من خلال حقيقة أنه بسبب العمل الانتقائي لمعظم المحفزات ، يتم تسريع تفاعل مباشر ، يتم تقليل العمليات الجانبية. في النهاية ، المنتجات التي يتم الحصول عليها ذات درجة نقاء عالية ، وليس هناك حاجة لمزيد من تنقية المواد. إن انتقائية عمل المحفز يعطي تخفيضًا حقيقيًا في تكاليف الإنتاج غير الخام للمواد الخام ، وهي فائدة اقتصادية جيدة.
مزايا استخدام المحفز في الإنتاج
ما هي غيرها من ردود الفعل التحفيزية؟ تشير الأمثلة المذكورة في المدرسة الثانوية العادية إلى أن استخدام المحفز يسمح بتنفيذ العملية في درجات حرارة منخفضة. تؤكد التجارب أنه يمكن استخدامها لتقليل تكاليف الطاقة بشكل كبير. هذا مهم بشكل خاص في الظروف الحديثة ، عندما يكون هناك نقص في موارد الطاقة في العالم.
أمثلة على الإنتاج الحفزي
الصناعة التي تستخدم الحفازرد فعل؟ أمثلة على هذه المنتجات: إنتاج أحماض النيتريك والكبريتيك ، الهيدروجين ، الأمونيا ، البوليمرات ، تكرير النفط. حفز المستخدمة على نطاق واسع في إعداد الأحماض العضوية ، والكحول مونوهيدريك والبولي هيدرات ، الفينول ، والراتنجات الاصطناعية ، والأصباغ ، والمخدرات.
ما هو العامل المساعد؟
كمحفزات ، كثيرالمواد التي هي في النظام الدوري للعناصر الكيميائية من ديمتري إيفانوفيتش Mendeleyev ، فضلا عن مركباتها. من بين المسرعات الأكثر شيوعًا: النيكل ، الحديد ، البلاتين ، الكوبالت ، الألومينوسيليكات ، أكاسيد المنغنيز.
ميزات محفز
بالإضافة إلى العمل الانتقائي ، فإن المحفزات لديها قوة ميكانيكية ممتازة ، فهي قادرة على تحمل السموم الحفازة ، يمكن إعادة توليدها بسهولة (استعادتها).
في حالة المرحلة ، تنقسم التفاعلات الحفزية المتجانسة إلى طور غاز و مرحلة سائلة.
دعونا ننظر في هذه الأنواع من ردود الفعل بمزيد من التفصيل. في المحاليل ، يعمل أيون الهيدروجين H + ، أيونات الهيدروكسيد من OH ، وقاعدة M + المعدنية والمواد التي تعزز تشكيل الجذور الحرة كمعجل للتحول الكيميائي.
جوهر الحفز
آلية الحفز في تفاعل الأحماض والسبب هو أن هناك تبادل بين المواد المتفاعلة ومحفز الأيونات الموجبة (البروتونات). تحدث التحولات داخل الجزيئات. هذا النوع من التفاعل هو:
- الجفاف (فصل المياه) ؛
- الترطيب (إضافة جزيئات الماء) ؛
- الاسترات (تشكيل استر من الكحول والأحماض الكربوكسيلية) ؛
- تكاثر متعدد (تكوين بوليمر مع القضاء على الماء).
نظرية الحفز يشرح ليس فقط العملية نفسها ،ولكن أيضًا التحولات الجانبية المحتملة. في حالة الحفز غير المتجانس ، يشكل مسرع العملية طورًا مستقلاً ، بعض المراكز على سطح المواد المتفاعلة لها خصائص حفازة أو السطح بأكمله.
هناك أيضا عملية متناهية الصغر أنيفترض وجود محفز في حالة غروانية. هذا البديل هو دولة انتقالية من حافز متجانس إلى غير متجانس. تحدث معظم هذه العمليات بين المواد الغازية باستخدام المحفزات الصلبة. يمكن أن تكون في شكل حبيبات ، أقراص ، حبوب.
انتشار الحفز في الطبيعة
التحفيز الانزيمي على نطاق واسع بما فيه الكفايةواسع الانتشار في الطبيعة. إنه بمساعدة من المحفزات الحيوية يتم تجميع جزيئات البروتين ، ويتم تنفيذ عملية التمثيل الغذائي في الكائنات الحية. لا توجد عملية بيولوجية ، والتي تحدث بمشاركة الكائنات الحية ، لا تتجاوز التفاعلات المحفزة. أمثلة على العمليات الحيوية: توليف الأحماض الأمينية من البروتينات الخاصة بالجسم ؛ تقسيم الدهون والبروتينات والكربوهيدرات.
خوارزمية الحفز
النظر في آلية الحفز. تتضمن هذه العملية ، التي تحدث على المسرعات الصلبة المسامية للتفاعل الكيميائي ، عدة مراحل أساسية:
- نشر المواد المتفاعلة على سطح حبيبات المحفز من قلب التيار ؛
- انتشار الكواشف في مسام المحفز.
- الامتصاص الكيميائي (امتزاز نشط) على سطح مسرع التفاعل الكيميائي مع ظهور مواد السطح الكيميائي - تفعيل "مجمعات الكاشف الحفاز"؛
- إعادة ترتيب الذرات مع ظهور تركيبات منتج المحفز السطحي ؛
- انتشار في مسام مسرع تفاعل المنتج.
- نشر المنتج من سطح الحبوب لمسرع التفاعل في قلب التدفق.
ردود فعل الحفاز وغير الحفاز هي في غاية الأهمية أن العلماء على مر السنين تستمر البحوث في هذا المجال.
عندما يكون التحفيز المتجانس غير ضروريبناء هياكل خاصة. يتضمن التحفيز الإنزيمي في النسخة غير المتجانسة استخدام مجموعة متنوعة من المعدات المحددة. بالنسبة لتدفقه ، يتم تطوير أجهزة اتصال خاصة ، مقسمة على سطح التلامس (في الأنابيب ، على الجدران ، في شبكات المحفز) ؛ مع طبقة مرشح. طبقة معلقة؛ مع محفز متحرك متحرك.
يتم تحقيق نقل الحرارة في الأجهزة بطرق مختلفة:
- باستخدام المبادلات الحرارية الخارجية (الخارجية) ؛
- بمساعدة مبادلات حرارية مدمجة في جهاز الاتصال.
تحليل الصيغ الخاصة بالكيمياء ، يمكن للمرء أيضا إيجاد تفاعلات يكون فيها أحد المنتجات النهائية ، والذي يتشكل خلال التفاعل الكيميائي للمكونات الأولية ، بمثابة محفز.
عادة ما تسمى هذه العمليات بالتحفيز الذاتي ، وتسمى هذه الظاهرة في الكيمياء autocatalysis.
ترتبط سرعة العديد من التفاعلات بـوجود بعض المواد في خليط التفاعل. غالباً ما يتم التغاضي عن صيغها في الكيمياء ، والاستعاضة عنها بكلمة "محفز" أو نسختها المختصرة. لم يتم تضمينها في المعادلة التجريبية النهائية ، لأنها لا تتغير من وجهة النظر الكمية بعد الانتهاء من التفاعل. في بعض الحالات ، تكون كميات صغيرة من المواد كافية للتأثير بشكل كبير على سرعة العملية. هو جائز تماما ومثل هذه الحالات ، عندما تعمل وعاء التفاعل نفسه كمعجل للتفاعل الكيميائي.
إن جوهر تأثير العامل الحفاز على التغير في سرعة العملية الكيميائية هو أن هذه المادة مدرجة في المركب الفعال ، وبالتالي تغير طاقة التنشيط للتفاعل الكيميائي.
في اضمحلال هذا المجمع ،تجديد محفز. خلاصة القول هي أنه لن يتم إنفاقها ، ستبقى في نفس المبلغ بعد نهاية التفاعل. ولهذا السبب ، تكون كمية ضئيلة من المادة الفعالة كافية للتفاعل مع الركيزة (المادة المتفاعلة). في الواقع ، لا تزال تستهلك كميات ضئيلة من المحفزات أثناء العمليات الكيميائية ، حيث أن العمليات الجانبية المختلفة ممكنة: التسمم ، الفقد التكنولوجي ، تغيير حالة سطح محفز صلبة. لا تفترض الصيغ الخاصة بالكيمياء حساب المحفز.
استنتاج
ردود الفعل التي نشطةالمادة (المحفز) ، وتحيط الشخص ، إلى جانب تدفقها وجسمه. تكون التفاعلات المتجانسة أقل شيوعًا من التفاعلات غير المتجانسة. في أي حال ، أولا ، يتم تشكيل المجمعات الوسيطة ، والتي هي غير مستقرة ، يتم تدميرها تدريجيا ويلاحظ تجديد (استعادة) من مسرِّع العملية الكيميائية. على سبيل المثال ، في تفاعل حامض الميتافوسفوريك مع كبريتات البوتاسيوم ، يعمل حمض اليود لا مائي كمحفز. عند إضافته إلى المواد المتفاعلة ، يتم تكوين محلول أصفر. أثناء اقترابك من نهاية العملية ، يختفي اللون تدريجياً. يعمل اليود كمنتج وسيط في هذه الحالة ، وتحدث العملية على مرحلتين. ولكن بمجرد توليف حمض metaphosphoric ، يعود المحفز إلى حالته الأصلية. المحفزات لا غنى عنها في هذه الصناعة ، لأنها تساعد على تسريع التحول ، والحصول على منتجات رد فعل الجودة. مستحيل بدون مشاركتهم والعمليات البيوكيميائية في أجسامنا.
