Гомогенді катализ

Катализатор мен ә рекеттесуші заттар ортақ бір фаза қ ұ райтын болса, мұ ны гомогенді катализ деп атайды. Гомогенді катализдің теориясының басты жағ дайы былайша: реакция барысында катализатор мен ә рекеттесуші заттардың тұ рақ сыз аралық ө німдері тү зіліп, олар катализатордың регенерациясы арқ ылы ыдырап кетеді.

Мұ ны схема бойынша кө рсетеміз

Реакция жылдамдыгы Жылдамдық константасы мын тең деумен ө рнектеледі:

Берілген реакция 2 стадияда жү реді; Мұ ндайда екі жағ дай кездеседі:

ші жағ дай: комплекстің катализатор мен бастапқ ы затгарғ а ыдырау жылдамдыгы, соң ғ ы ө нім тү зілетін 2-ші стадия жылдамдыгынан ө те ұ лкен. Сондық ган Аррениус комплекстерінің концентрациясы аз болады.

ші жағ дай: егер аралық ө нім АК бастапқ ы затгар мен тепе-тендікте тұ рса, онда тіке реакция жылдамдығ ы, кері реакция жылдамдығ ы тең болуы керек.

Жылдамдық тарды ө рнектейміз:

Тепе-тендік мө лшері

Мү ндагы (С'к-С'дк) - реакцияга тү спеген катализатор концентрациясы,

С\; С\ -аралық қ осылыстың тепе-тендік концентрациялары, А.

(3) тендеуден аралық қ осылыстардың концентрациясын табамыз:

Процестің жылдамдығ ы (и), ең баяу стадиядағ ы жылдамдық пен анық талады:

(4) пен (5)-ті қ ойсақ, оң да
(6) тендеу екі шекті жағ дайдьш; бар болуына бағ ыт береді:

егер онда (7)

егер онда (8)

Екі жағ дайда да реакция жылдамдыгы катализатор концентрациясына пропорционал.

Реакцияның рет бастапқ ы затгары бойынша эр тү рлі, ол 2 не 1-ге тең. Берілген шекті жагдайларда реакция реті белшекті (1< п< 2).

Термиялық ыдырау, мысалы: І^-катализдің буы.

Бу жоқ болганда: Jj Е^= 191, 9 кДж/моль;

Бу бар болганда: Е^= 136, 9 кДж/моль.

Жылдамдық константасы 10 есе ө седі. Ол 2-стадияда жү реді.

стадиясы.

стадиясы.

Эр стадияның активтілік энергиясы каталитикалық емес реакциялардың активтілік энергиясынан кем.

Гомогенді катализге коптеген қ ышқ ыл-негізді эректтесу реакциялары, комплекс тү зуші реакциялар, тотығ у-тотық сыздану реакциялары, гидрлеу, сульфидтеу, т.б. реакциялар.

5. Қ ышқ ыл-негізді катализ

Ерітінділерде жү ретін кө птеген реакцияларда катализатор рө лін қ ышқ ылдар мен негіздер атқ арады. (гидролиз, алкилдеу, этерификация т.б.) қ ышқ ыл-негізді катализ ү шке бө лінеді:

Спецификалық қ ышқ ылдық (негіздік) катализ, катализатор рө лін Н₃О+ не ОН- иондары атқ арады.

Жалпы қ ышқ ылдык (неігздік) катализ, бұ л катализді кез-келген донор (акцептор) протеин іске асырады.

З.Электрофильді (нуклеофильді) катализ, Льюс қ ышқ ылдары мен негіздері арқ ылы жү зеге асады.

Спецификалың қ ышқ ьш-негізді катализ ү шін, процестің жалпы жылдамдыгы Н₃О, ОН иондарымен катализденетін реакциялардың жылдамдық тарының қ осындысына тең.

k - аталитикалық емес реакцияның жылдамдығ ы тұ рақ тысы, k₀, k₁ - контрациялары бірге тең катализаторды реакцияның жылдамдың тұ рақ тылары.

Егер каталитикалық емес реакциялардың жылдамдығ ы аз болса,

ондакц=0. (9)-тендеуді логарифм десек, онда lgk=lgk, -РН (қ ышқ ыл ерітінділер ү шін) (10) lgk=lgk2k₂ РН (сілті ерітінділер ү шін),

мұ ндағ ы к₂= С₂р + С_он -судың ионды кө бейтіндісі.

(10), (11) тендеулердің анализі бойынша, спецификалың қ ьшщыл-негізді катализдеуде. Igk реакция жылдамдыгы ортаның рН-на сызық тық тә уелдікте болады.

Клталитикалық ө серлесудің Н₃О механизмі мьшада, катализатор (Н3О+) молекуласынан бастапқ ы затгарга ағ ынның етуі есебінен аралың қ осылыс тү зіледі. Осы процесс есебінен бастапқ ы затгарда болган химиялык байланыс ө лсірейді, активтілік энергиясы темендейді, онан ары ВН₂ реакция енімі мен катализаторга мына схема бойынша ыдырайды:

Тапсырманы орындау реті:

Ө лшеуіш колбага (кө лемі 250 см²) 25см² 0, 1 Н ерітіндісі 4% KJ оғ ан 25 см²; 1, 0 м НС1 ерітіндісін белгіге 20 см² қ алғ анша Ир дистилденген суды қ осады, оғ ан термостатты ең діреді.

Аналитикалың таразыда ішіне 10-15 см² Н₂О кұ йылғ ан, пробкасы сү ртілген конус тө різді колбаның салмағ ын ө лшейді. Градуирленген пипетканың кө мегімен 1, 5 г ацетонды (р=0, 7298 г/см^) елшеп колбазга салады да аналитикалың таразыда ө лшеп, колбаның салмагын алынган ацетон массасьшың айырмашылыгымен анық гайды. Сулы ацетон ерітіндісі бар колбаны термостаткд орналастырьш, 10-15 мин ұ стап, ерітінді ө лшеуіш колбага қ ұ яды, дистилденген Н₂О судыц 1 не 2 бө лігімен ерітіндіні шаяды да оны да ө лшеуіш колбағ а белгіге келгенше кұ яды. Бұ л реакцияның бастапқ ы кө зі деп есептеяеді. Анализге пробаларды реакция басталғ аннан кейін алады да, бір сагат откеннен кейін оларды эр 30 мин. сайын 3-4 рет алады.

Альшган пробаларды (25 см'-тен) 0, 1Н, 25 см' NaHCO₄ ерітіндісіне кұ йып, оны 0, 01 Н Na₂S₄O₄ ерітіндісімен (крахмал қ атысында) титрлейді. Реакцияны t> 25''C температурада жү ргізеді. Ө те темен температурада баяу жү реді.