Kataliz va katalizator haqida

Reaksiya tezligining o ‘zgarishi katalitik jihatidan aktiv moddaning miqdori juda oz bo'lganda ham juda katta bo'lishi mumkin. Bunday xusu­siyatga ega bo'ladigan katalizatorlar tirik organizmlardagi ko‘pchilik reaksiyalarda qatnashuvchi biokatalizatorlar — fermentlar bo'lib, ular aktivlik jihatdan boshqa katalizatorlardan keskin farq qiladi. Masalan, murakkab tuzilishga ega bo'lgan katalaza fermenti 0 °C da 1 s davomida 6 *10²⁸ dona vodorod peroksidni parchalash xususiyatiga ega.

Katalizatorlar reaksiya tezligini keskin orttiradi, reaksiyada qatnashadi, lekin reaksiya mahsulotlari tarkibiga kirmaydi. Ba’zi moddalar reaksiya tezligini, aksincha sekinlashtiradi, ularni ingibitorlar yoki salbiy kataliza­torlar deb ataladi. Katalitik jarayonlar gomogen va geterogen muhitda sodir bo'lishi mumkin. Geterogen kataliz jarayonida katalizatorning sathi uning aktivligiga katta ta’sir ko‘rsatadi. Juda silliqlangan platina plastinka vodorod peroksid eritmasiga tushirilganda parchalanish reaksiyasi deyarli kuzatilmagan.

Lekin platina kukuni reaksiya tezligini keskin kuchaytirgan. Elektroliz usulida olingan platina zarrachalari H₂O₂ ni shiddatli parchalagan. Lekin shu katalitik jarayon kolloid holdagi platina ishtirokida amalga oshirilganda reaksiya portlash bilan sodir bo'lgan. Moddalar orasida sodir bo'ladigan reaksiya oraliq aktiv kompleks hosil bo'lishi bilan tavsiflanishi haqida yuqorida aytib o'tilgan edi. Agar shunday jarayonning aktivlanish energiyasi yuqori bo'lsa, uning sodir bo'lish tezligi sezilarli bo'lmasligi mumkin.

Agar sistemaga reaksiyaga kirishuvchi moddalaming biri bilan oson oraliq aktiv kompleks hosil qilish xususiyatiga ega bo'lgan modda kiritilsa, unda A + B →AB reaksiyadagi boshlang'ich moddalaming biri A bilan shu modda orasida A + K → A …K aktivlangan kompleks paydo bo'ladi, katalizator boshlang'ich moddalaming ikkinchisi bilan oson ta’sirlashsa (aktivlanish energiyasi past bo'lishi tufayli) ikkinchi xil aktiv kompleks B + AK→B…AK hosil bo'lishi mumkin.

Bu kompleks AB molekulasiga va K ga parchalanganda mahsulot hosil bo'ladi va katalizator o‘zining ilgarigi holatiga qaytadi, bu katalizator yana shunday tarzda yangi ta’sirlashishda ishtirok etishi mumkin. Umuman, katali­zator reaksiya natijasida sarf ham bo'lmaydi, o‘z holatini ham o‘zgartirmaydi.

1-rasmda reaksiyaning borishida katalizatorsiz (1-egri) va uning ta’sirida (2-egri) sodir bo'ladigan holatlar aks ettirilgan. Undan ko‘rinishicha, katalizator ishtirokida E'_a va E''_a qiymatlarida o ‘zgarish (ΔE_a) sistema uchun yutuq mavjudligini aks ettiradi va rasm tagida keltirilgan formulada reaksiya tezligining ifodasida E_a manfiy daraja holatida bo'lgani uchun ΔE_a qiymati ozgina kamayganda ham reaksiya tezligi juda keskin ortishini tushuntiradi.

H₂ + I₂= 2HI reaksiyada aktivlanish energiyasining 40 kJ/mol ga kamayishi 500 К da reaksiya tezligini 30 ming marta tezlashtirishga olib kelar ekan.

Katalitik jarayonlarning muhim xususiyatlarini quyidagicha umumlashtirish mumkin:

• 1.Oz miqdordagi katalizator ham reaksiya tezligini oshira oladi, chunki uning ta’sir qilish vaqti juda qisqa.
• 2. Katalizatorning asosiy mohiyati — u reaksiyaning aktivlanish ener­giyasini pasaytiradi.
• 3. Katalizatorning ta ’sir etish doirasi keng yoki cheklangan bo'lishi mumkin. Biologik tabiatga ega bo'lgan fermentlarning ta’siri tor doirada bo'lsa, anorganik tabiatga ega bo'lgan katalizatorlar (Pt, Pd, Ni va boshqalarjning ta’sir doirasi keng bo'ladi.
• 4. Hosil bo'lgan moddalar yana parchalanib boshlang'ich moddalarni hosil qilishda ham katalizatorlar aktiv bo'lishi mumkin, shu sababli kata­lizatorlar reaksiya unumini oshirmaydi, ular qaytar reaksiyalaming muvozanat holatga kelishini tezlashtiradi.
• 5. Ko'pchilik katalizatorlarga chet moddalar qo'shilganda ularning aktivligi ortishi mumkin. Bunday moddalarni promotorlar deb ataladi. Masa­lan, H₂ va N₂ orasidagi reaksiya katalizatori temirga Na₂O, K₂O va Al₂O lar aralashtirifganda katalizator aktivligi ortadi.
• 6. Bir reaksiyaning o'zi katalizator bilan gomogen (masalan, SO₂ ning kislorod bilan oksidlanishida NO₂ katalizatorlik vazifasini bajarganda) yoki geterogen (masalan, Pt) sistemani hosil qilishi mumkin. Biologik sistema­larda bunday hodisa deyarli uchramaydi.

Katalizator ahamiyati

Kimyoviy moddalar ishlab chiqarishda katalizatorlarni qo‘llash juda katta ahamiyatga ega. Ularning qo'llanishi ko‘pgina jarayonlarni jadallas tirishga, reaksiyalarni energetik tejamkor sharoitda olib borishga imkon beradi.

Katalizatorlar mumkin bo‘lgan reaksiyalarning faqat ayrimlarining tezligini oshirishi — selektivligi muhim hodisa bo‘lib, bu holat biologik sistemalarning murakkab tuzilishga ega bo'lishi natijasidir. Lekin tajribada biz qo‘llaydigan katalizatorlarning bunday xususiyati juda cheklangan.
Geterogen katalizda bunday selektivlikka erishish imkoniyati deyarli juda kam yoki mumkin emas, chunki katalizator ta’sirida hosil bo‘ladigan oraliq aktiv zarrachaning tabiati turlicha bo‘lganda selektivlik xususiyati paydo bo‘lishi mumkin.

Etanolning katalitik parchalanishida spirt molekulasi katalizator yuzasida turli holatlarda adsorbsiyalanishi mumkin,bunda molekuladagi —С—C - bog‘larning aktivlashishi natijasida spinning degidrogenlanishi yuz beradi;

molekulaning boshqacha adsorbsiyalanishi natijasida —C - O — bog‘i aktivlansa, molekulaning degidratlanishiga olib keladi, katalizatorning tanlab ta’sir etishi emas, oraliq aktivlangan zarracha vaziyati haqida ham so‘z bo‘lishi mumkin.
Turli katalizatorlar ta ’sirida bir reaksiyaning o ‘zida hosil bo‘ladigan mahsulotlar turi har xil bo‘lishini quyidagi sxemalardan ko'rish mumkin(2-rasm).