Kimia adalah ilmu tentang zat dan transformasinya, serta metode untuk mendapatkannya. Bahkan dalam kurikulum sekolah reguler, masalah penting seperti jenis reaksi dipertimbangkan. Klasifikasi yang diperkenalkan kepada anak-anak sekolah di tingkat dasar memperhitungkan perubahan tingkat oksidasi, fase kursus, mekanisme proses, dll. Selain itu, semua proses kimia dibagi menjadi non-katalitik dan katalitik reaksi. Contoh transformasi yang terjadi dengan partisipasi katalis ditemui oleh seseorang dalam kehidupan biasa: fermentasi, pembusukan. Transformasi non-katalitik jauh lebih jarang bagi kami.
Apa itu katalis
Ini adalah zat kimia yang dapat mengubah laju interaksi, tetapi tidak berpartisipasi di dalamnya. Dalam kasus ketika proses dipercepat dengan bantuan katalis, kita berbicara tentang katalisis positif. Jika zat yang ditambahkan ke dalam proses mengurangi laju reaksi, itu disebut inhibitor.
Jenis katalisis
Katalisis homogen dan heterogen berbeda dalam fase, dalamdimana bahan awal berada. Jika komponen awal yang diambil untuk interaksi, termasuk katalis, berada dalam keadaan agregasi yang sama, katalisis homogen berlangsung. Dalam kasus ketika zat dari fase yang berbeda mengambil bagian dalam reaksi, katalisis heterogen terjadi.
Selektivitas tindakan
Katalisis bukan hanya sarana untuk meningkatkan produktivitas peralatan, tetapi juga berdampak positif pada kualitas produk yang dihasilkan. Fenomena ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa karena tindakan selektif (selektif) sebagian besar katalis, reaksi langsung dipercepat, proses samping berkurang. Pada akhirnya, produk yang dihasilkan memiliki kemurnian tinggi, tidak perlu memurnikan zat lebih lanjut. Selektivitas tindakan katalis memberikan pengurangan nyata dalam biaya non-produksi bahan baku, manfaat ekonomi yang baik.
Manfaat menggunakan katalis dalam produksi
Apa lagi yang menjadi ciri reaksi katalitik? Contoh dari sekolah menengah yang khas menunjukkan bahwa penggunaan katalis memungkinkan proses dilakukan pada suhu yang lebih rendah. Eksperimen mengkonfirmasi bahwa itu dapat digunakan untuk mengurangi biaya energi secara signifikan. Ini sangat penting dalam kondisi modern, ketika ada kekurangan sumber daya energi di dunia.
Contoh produksi katalitik
Industri apa yang menggunakan reaksi katalitik? Contoh produksi tersebut:produksi asam nitrat dan sulfat, hidrogen, amonia, polimer, penyulingan minyak. Katalisis banyak digunakan dalam produksi asam organik, alkohol monohidrat dan polihidrat, fenol, resin sintetis, pewarna, dan obat-obatan.
Apa katalisnya
Banyak zat yang ada dalam tabel periodik unsur kimia Dmitry Ivanovich Mendeleev, serta senyawanya, dapat bertindak sebagai katalis. Di antara akselerator yang paling umum adalah: nikel, besi, platinum, kob alt, aluminosilikat, oksida mangan.
Fitur katalis
Selain tindakan selektif, katalis memiliki kekuatan mekanik yang sangat baik, mampu menahan racun katalitik, dan mudah diregenerasi (dipulihkan).
Menurut keadaan fase, reaksi homogen katalitik dibagi menjadi fase gas dan fase cair.
Mari kita lihat lebih dekat jenis-jenis reaksi ini. Dalam larutan, kation hidrogen H+, ion basa hidroksida OH-, kation logam M+ dan zat yang berkontribusi pada pembentukan radikal bebas bertindak sebagai akselerator transformasi kimia.
Inti dari katalisis
Mekanisme katalisis dalam interaksi asam dan basa adalah adanya pertukaran antara zat yang berinteraksi dengan ion positif katalis (proton). Dalam hal ini, transformasi intramolekul terjadi. Menurut Inireaksinya seperti ini:
- dehidrasi (penghilangan air);
- hidrasi (pelekatan molekul air);
- esterifikasi (pembentukan ester dari alkohol dan asam karboksilat);
- polikondensasi (pembentukan polimer dengan eliminasi air).
Teori katalisis menjelaskan tidak hanya proses itu sendiri, tetapi juga kemungkinan transformasi samping. Dalam kasus katalisis heterogen, akselerator proses membentuk fase independen, beberapa pusat pada permukaan reaktan memiliki sifat katalitik, atau seluruh permukaan terlibat.
Ada juga proses mikroheterogen, yang melibatkan adanya katalis dalam keadaan koloid. Varian ini merupakan keadaan transisi dari jenis katalisis homogen ke heterogen. Sebagian besar proses ini terjadi antara zat gas menggunakan katalis padat. Bisa dalam bentuk granul, tablet, grain.
Distribusi katalisis di alam
Katalisis enzimatik cukup tersebar luas di alam. Dengan bantuan biokatalis, sintesis molekul protein berlangsung, metabolisme pada organisme hidup dilakukan. Tidak ada satu pun proses biologis yang terjadi dengan partisipasi organisme hidup yang melewati reaksi katalitik. Contoh proses vital: sintesis protein khusus tubuh dari asam amino; pemecahan lemak, protein, karbohidrat.
Algoritme katalisis
Mari kita perhatikan mekanisme katalisis. Proses ini, yang berlangsung pada akselerator interaksi kimia padat berpori, meliputi:sendiri beberapa tahap dasar:
- difusi zat yang berinteraksi ke permukaan butiran katalis dari inti aliran;
- difusi reagen dalam pori-pori katalis;
- chemisorption (adsorpsi aktif) pada permukaan akselerator reaksi kimia dengan munculnya zat permukaan kimia - kompleks katalis-reagen teraktivasi;
- pengaturan ulang atom dengan tampilan kombinasi permukaan "produk-katalis";
- difusi dalam pori-pori produk akselerator reaksi;
- difusi produk dari permukaan butir akselerator reaksi ke dalam aliran inti.
Reaksi katalitik dan non-katalitik sangat penting sehingga para ilmuwan terus melakukan penelitian di bidang ini selama bertahun-tahun.
Dengan katalisis homogen, tidak perlu membangun struktur khusus. Katalisis enzimatik dalam versi heterogen melibatkan penggunaan berbagai peralatan khusus. Untuk alirannya, peralatan kontak khusus telah dikembangkan, dibagi lagi menurut permukaan kontak (dalam tabung, di dinding, kisi katalis); dengan lapisan filter; lapisan yang ditimbang; dengan katalis bubuk bergerak.
Pertukaran panas di perangkat diimplementasikan dengan cara yang berbeda:
- melalui penggunaan penukar panas jarak jauh (eksternal);
- dengan bantuan penukar panas yang terpasang pada peralatan kontak.
Dengan menganalisis rumus dalam kimia, kita juga dapat menemukan reaksi di mana katalis adalah salah satu produk akhir yang terbentuk selama interaksi kimiakomponen asli.
Proses seperti itu biasanya disebut autocatalytic, fenomena itu sendiri disebut autocatalysis dalam kimia.
Laju banyak interaksi dikaitkan dengan keberadaan zat tertentu dalam campuran reaksi. Rumus mereka dalam kimia paling sering terlewatkan, diganti dengan kata "katalis" atau versi singkatnya. Mereka tidak termasuk dalam persamaan stereokimia akhir, karena mereka tidak berubah dari sudut pandang kuantitatif setelah selesainya interaksi. Dalam beberapa kasus, sejumlah kecil zat cukup untuk secara signifikan mempengaruhi kecepatan proses. Situasi juga cukup dapat diterima ketika bejana reaksi itu sendiri bertindak sebagai akselerator interaksi kimia.
Inti dari efek katalis pada perubahan laju proses kimia adalah bahwa zat ini termasuk dalam komposisi kompleks aktif, dan karenanya mengubah energi aktivasi interaksi kimia.
Saat kompleks ini terurai, katalis diregenerasi. Intinya adalah bahwa itu tidak akan dihabiskan, itu akan tetap dalam jumlah yang sama setelah akhir interaksi. Karena alasan inilah sejumlah kecil zat aktif cukup untuk melakukan reaksi dengan substrat (zat pereaksi). Pada kenyataannya, sejumlah kecil katalis masih dikonsumsi selama proses kimia, karena berbagai proses sampingan mungkin terjadi: keracunannya, kerugian teknologi, dan perubahan keadaan permukaan katalis padat. Rumus kimia tidak termasuk katalis.
Kesimpulan
Reaksi yang melibatkan zat aktif (katalisator) di sekitar seseorang, selain itu juga terjadi di dalam tubuhnya. Reaksi homogen jauh lebih jarang terjadi daripada interaksi heterogen. Bagaimanapun, kompleks perantara pertama kali terbentuk, yang tidak stabil, dihancurkan secara bertahap, dan regenerasi (pemulihan) akselerator proses kimia diamati. Misalnya, ketika asam metafosfat bereaksi dengan kalium persulfat, asam hidroiodik bertindak sebagai katalis. Ketika ditambahkan ke reaktan, larutan kuning terbentuk. Saat Anda mendekati akhir proses, warna secara bertahap menghilang. Dalam hal ini, yodium bertindak sebagai produk antara, dan prosesnya terjadi dalam dua tahap. Tetapi segera setelah asam metafosfat disintesis, katalis kembali ke keadaan semula. Katalis sangat diperlukan dalam industri, mereka membantu mempercepat transformasi dan mendapatkan produk reaksi berkualitas tinggi. Proses biokimia dalam tubuh kita juga tidak mungkin tanpa partisipasi mereka.
