الكيمياء علم المواد وتحولاتها وطرق الحصول عليها. حتى في المناهج الدراسية العادية ، يتم النظر في مسألة مهمة مثل أنواع ردود الفعل. يأخذ التصنيف الذي يتم تقديمه لأطفال المدارس في المستوى الأساسي في الاعتبار التغيير في درجة الأكسدة ، ومرحلة الدورة ، وآلية العملية ، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقسيم جميع العمليات الكيميائية إلى غير محفز ومحفز تفاعلات. أمثلة على التحولات التي تحدث بمشاركة عامل حفاز يصادفها شخص في الحياة العادية: التخمير ، الاضمحلال. تعتبر التحولات غير التحفيزية أكثر ندرة بالنسبة لنا.
ما هو المحفز
هذه مادة كيميائية يمكنها تغيير معدل التفاعل ، لكنها لا تشارك فيها بحد ذاتها. في حالة تسريع العملية بمساعدة عامل حفاز ، فإننا نتحدث عن الحفز الإيجابي. في حالة ما إذا كانت مادة مضافة إلى العملية تقلل من معدل التفاعل ، فإنها تسمى مثبط.
أنواع الحفز
يختلف الحفز المتجانس وغير المتجانس في المرحلة ، فيالتي توجد مواد البداية. إذا كانت المكونات الأولية المأخوذة للتفاعلات ، بما في ذلك المحفز ، في نفس حالة التجميع ، يستمر التحفيز المتجانس. في حالة مشاركة مواد من مراحل مختلفة في التفاعل ، يحدث تحفيز غير متجانس.
انتقائية العمل
الحفز ليس مجرد وسيلة لزيادة إنتاجية المعدات ، بل له تأثير إيجابي على جودة المنتجات الناتجة. يمكن تفسير هذه الظاهرة بحقيقة أنه بسبب الإجراء الانتقائي (الانتقائي) لمعظم المحفزات ، يتم تسريع التفاعل المباشر ، ويتم تقليل العمليات الجانبية. في النهاية ، تكون المنتجات الناتجة ذات درجة نقاء عالية ، وليست هناك حاجة لمزيد من تنقية المواد. تعطي انتقائية إجراء المحفز انخفاضًا حقيقيًا في تكاليف غير إنتاج المواد الخام ، وهو فائدة اقتصادية جيدة.
فوائد استخدام عامل حفاز في الإنتاج
ما الذي يميز التفاعلات التحفيزية أيضًا؟ تُظهر أمثلة من مدرسة ثانوية نموذجية أن استخدام عامل حفاز 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 الحفاز
ما الصناعة التي تستخدم التفاعلات التحفيزية؟ أمثلة على هذه المنتجات:إنتاج أحماض النيتريك والكبريتيك والهيدروجين والأمونيا والبوليمرات وتكرير النفط. يستخدم التحفيز على نطاق واسع في إنتاج الأحماض العضوية ، والكحوليات أحادية الماء ومتعددة الهيدروكسيل ، والفينول ، والراتنجات الاصطناعية ، والأصباغ ، والأدوية.
ما هو المحفز
العديد من المواد الموجودة في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية لديمتري إيفانوفيتش مينديليف ، بالإضافة إلى مركباتها ، يمكن أن تعمل كمحفزات. من بين المسرعات الأكثر شيوعًا: النيكل ، والحديد ، والبلاتين ، والكوبالت ، وسيليكات الألمنيوم ، وأكاسيد المنغنيز.
ميزات المحفزات
بالإضافة إلى الإجراء الانتقائي ، تتمتع المحفزات بقوة ميكانيكية ممتازة ، فهي قادرة على تحمل السموم الحفازة ، ويمكن تجديدها بسهولة (استردادها).
وفقًا لحالة الطور ، تنقسم التفاعلات المحفزة المتجانسة إلى طور غاز وطور سائل.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذه الأنواع من ردود الفعل. في المحاليل ، كاتيونات الهيدروجين H + ، أيونات قاعدة الهيدروكسيد OH- ، الكاتيونات المعدنية M + والمواد التي تساهم في تكوين الجذور الحرة تعمل كمسرع للتحول الكيميائي.
جوهر الحفز
آلية التحفيز في تفاعل الأحماض والقواعد هو أن هناك تبادل بين المواد المتفاعلة والأيونات الموجبة للمحفز (البروتونات). في هذه الحالة ، تحدث التحولات داخل الجزيئية. على هذا النحوردود الفعل تسير على هذا النحو:
- الجفاف (فصل الماء) ؛
- ترطيب (إرفاق جزيئات الماء) ؛
- الأسترة (تكوين الإستر من الكحوليات والأحماض الكربوكسيلية) ؛
- تكاثف متعدد (تكوين بوليمر مع إزالة الماء).
تشرح نظرية الحفز ليس فقط العملية نفسها ، ولكن أيضًا التحولات الجانبية المحتملة. في حالة التحفيز غير المتجانس ، يشكل مُسرع العملية مرحلة مستقلة ، بعض المراكز الموجودة على سطح المواد المتفاعلة تمتلك خصائص تحفيزية ، أو أن السطح بأكمله متورط.
هناك أيضًا عملية متجانسة ، والتي تتضمن وجود محفز في حالة غروانية. هذا المتغير هو حالة انتقالية من نوع متجانس إلى نوع غير متجانس من الحفز. تحدث معظم هذه العمليات بين المواد الغازية باستخدام محفزات صلبة. يمكن أن تكون على شكل حبيبات ، أقراص ، حبوب
توزيع الحفز في الطبيعة
التحفيز الإنزيمي منتشر إلى حد ما بطبيعته. بمساعدة المحفزات الحيوية ، يستمر تصنيع جزيئات البروتين ، ويتم التمثيل الغذائي في الكائنات الحية. لا توجد عملية بيولوجية واحدة تحدث بمشاركة الكائنات الحية تتجاوز التفاعلات التحفيزية. أمثلة على العمليات الحيوية: تخليق البروتينات الخاصة بالجسم من الأحماض الأمينية. تكسير الدهون والبروتينات والكربوهيدرات
خوارزمية الحفز
دعونا ننظر في آلية التحفيز. تتضمن هذه العملية ، التي تتم على مسرعات تفاعل كيميائي صلب مسامي ، ما يلي:لنفسك بعض المراحل الابتدائية:
- انتشار المواد المتفاعلة على سطح حبيبات المحفز من قلب التدفق ؛
- انتشار الكواشف في مسام المحفز ؛
- كيميائي (الامتزاز النشط) على سطح مسرّع تفاعل كيميائي مع ظهور مواد كيميائية سطحية - معقدات كاشف محفز منشط ؛
- إعادة ترتيب الذرات مع ظهور تركيبات سطحية "منتج محفز" ؛
- الانتشار في مسام مسرع تفاعل المنتج
- انتشار المنتج من سطح حبيبات مسرع التفاعل إلى التدفق الأساسي.
التفاعلات التحفيزية وغير التحفيزية مهمة جدًا لدرجة أن العلماء واصلوا البحث في هذا المجال لسنوات عديدة.
مع الحفز المتجانس ، ليست هناك حاجة لبناء هياكل خاصة. يتضمن التحفيز الأنزيمي في النسخة غير المتجانسة استخدام معدات متنوعة ومحددة. لتدفقها ، تم تطوير أجهزة اتصال خاصة ، مقسمة وفقًا لسطح التلامس (في الأنابيب ، على الجدران ، شبكات المحفز) ؛ مع طبقة مرشح طبقة وزنها بالمحفز المسحوق المتحرك.
يتم تنفيذ التبادل الحراري في الأجهزة بطرق مختلفة:
- من خلال استخدام المبادلات الحرارية عن بعد (الخارجية) ؛
- بمساعدة المبادلات الحرارية المدمجة في جهاز التلامس.
من خلال تحليل الصيغ في الكيمياء ، يمكن للمرء أيضًا أن يجد مثل هذه التفاعلات التي يكون فيها المحفز أحد المنتجات النهائية التي تتشكل أثناء التفاعل الكيميائيالمكونات الاصلية.
تسمى هذه العمليات عادة بالتحفيز الذاتي ، وتسمى الظاهرة نفسها بالتحفيز الذاتي في الكيمياء.
يرتبط معدل العديد من التفاعلات بوجود مواد معينة في خليط التفاعل. غالبًا ما يتم تجاهل صيغها في الكيمياء ، حيث يتم استبدالها بكلمة "محفز" أو نسختها المختصرة. لم يتم تضمينها في المعادلة الكيميائية المجسمة النهائية ، لأنها لا تتغير من وجهة نظر كمية بعد الانتهاء من التفاعل. في بعض الحالات ، تكون الكميات الصغيرة من المواد كافية للتأثير بشكل كبير على سرعة العملية. المواقف أيضًا مقبولة تمامًا عندما يعمل وعاء التفاعل نفسه كمسرع للتفاعل الكيميائي.
جوهر تأثير المحفز على تغيير معدل العملية الكيميائية هو أن هذه المادة تدخل في تكوين المركب النشط ، وبالتالي يغير طاقة التنشيط للتفاعل الكيميائي.
عندما يتحلل هذا المركب ، يتم تجديد المحفز. خلاصة القول هي أنه لن يتم إنفاقها ، ستبقى بنفس المقدار بعد نهاية التفاعل. ولهذا السبب ، فإن كمية صغيرة من المادة الفعالة كافية تمامًا لإجراء التفاعل مع الركيزة (مادة متفاعلة). في الواقع ، لا تزال تُستهلك كميات ضئيلة من المحفزات أثناء العمليات الكيميائية ، نظرًا لأن العمليات الجانبية المختلفة ممكنة: التسمم ، والخسائر التكنولوجية ، والتغيير في حالة سطح المحفز الصلب. لا تحتوي الصيغ الكيميائية على محفز.
الخلاصة
ردود الفعل التي تشارك فيها مادة فعالة (محفز) تحيط بالشخص ، إلى جانب أنها تحدث أيضًا في جسمه. التفاعلات المتجانسة أقل شيوعًا من التفاعلات غير المتجانسة. في أي حال ، يتم تشكيل المجمعات الوسيطة أولاً ، وهي غير مستقرة ، ويتم تدميرها تدريجياً ، ويلاحظ تجديد (استرداد) مسرّع العملية الكيميائية. على سبيل المثال ، عندما يتفاعل حمض الميتافوسفوريك مع بيرسلفات البوتاسيوم ، يعمل حمض الهيدرويودك كمحفز. عند إضافته إلى المواد المتفاعلة ، يتكون محلول أصفر. مع اقتراب نهاية العملية ، يختفي اللون تدريجيًا. في هذه الحالة ، يعمل اليود كمنتج وسيط ، وتحدث العملية على مرحلتين. ولكن بمجرد تصنيع حمض الميتافوسفوريك ، يعود المحفز إلى حالته الأصلية. المحفزات لا غنى عنها في الصناعة ، فهي تساعد في تسريع التحولات والحصول على منتجات تفاعل عالية الجودة. كما أن العمليات البيوكيميائية في أجسامنا مستحيلة بدون مشاركتها.
