Әдебиеттер тізімі

1. Физическая химия. Учебник А.Г.Стромберг, Д.П.Семченко. под.ред. Стромберга – 4-еизд., испр. – М.,Высшая школа, 2001 – 527с.

2. Симбинова К.Ж., Дюсекенова С.Р., Байсанова Ш.З. «Физико-химический анализ диаграмм состояния»: Методическое пособие по курсу «Физическая химия» для студентов химических, металлургических и технологических специональностей ВУЗов – Актобе: АГУ им. К.Жубанова, 2004. -152 с.

3. Андреев Л.А., Астахов М.В., Бокнштейн Б.С. и др. Физическая химия: лаб. практикум. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2011. – 126 с.

4. Симбинова К.Ж., Байсанова Ш.З., Дюсекенова С.Р. «Термодинамика и кинетика растворов». Методическое пособие по выполнению лабораторного практикума по курсу «Физическая химия» для студентов химических, металлургических и технологических специальностей ВУЗов- Актобе: РИО Актюбинского государственного университета им. К.Жубанова, 2004г.-173с.

№6 Зертханалық жұмыс

Сутегі қос тотығының каталитикалық айырылуының кинетикасы

Зертханалық жұмыстың мақсаты: Реакцияның кинетикасын зерттеудің газометрлік әдісімен танысу. Реакцияның ретін бірнеше әдіспен анықтау. Жылдамдықтың орташа тұрақтысын аналитикалық және графикалық анықтау.

Кілт сөздер: гомогенді катализ, гетерогенді катализ, катализатор, автокатализ.

Материалдар, аспаптар және реактивтер:

1. H₂O₂, V₂O₅, дистилденген су

2. Реакциялық сауыт, бюретка, пипетка, 50 мл. өлшеуіш колба, су моншасы.

Қауіпсіздік техникасы:

1. Жұмыс істер алдында барлық аспаптардың дұрыстығына көз жеткізу қажет.

2. Зертханада халатсыз жұмыс істемеу керек, жеке заттарды зертханалық столдарға қоймай, арнайы тағайындалған орындарға қою қажет.

3. Зертханалық жұмыс кезінде ас, су ішуге болмайды.

4. Жұмысқа арналған әрбір ребелсендің, аспаптың, склянканың және құрылғылардың өздерінің арнайы тұрақты орны болуы керек. Жұмыс аяқталғаннан кейін қондырғыны бастапқы қалпына келтіру керек, қондырғының барлық бөлшектерін орнына қойып, ыдысты жуу қажет.

Теориялық бөлім

Реакцияның жылдамдығы катализатордың әсерінен кенеттен өзгереді.

Катализатор дегеніміз реакцияға қатысуы көрінбейтін (егер реакцияның аралық сатыларында қатысса да, реакция аяқталғанша толығымен қалпына келетін), бірақ оның жылдамдығының өзгеруіне әкелетін зат. Катализатордың әсерінен химиялық реакция жылдамдығының өзгеруі катализ деп аталады.

Катализдің түрлері:

1) оң – реакцияның жылдамдығы артады;

2) теріс – реакцияның жылдамдығы кемиді;.

3) автокатализ – реакция өнімдерінің бірі катализатордың қасиетіне ие болады.

Реакцияға қатысатын заттардың агрегаттық күйіне байланысты катализ гомогенді және гетерогенді болып бөлінеді. Егер реакцияның барлық қатысушылары және катализатордың өзі бір фазада орналасса, онда катализ гомогенді катализ болып табылады. Егер реакцияға қатысушылар мен катализатор әр түрлі фазада орналасса, катализ гетерогенді болып табылады.

Каталитикалық реакциялар келесі ерекшеліктерге ие:

1) катализатор реакция барысында жұмсалмайды, оның мөлшері өзгермейді;

2) катализатор реакция барысында химиялық өзгермейді, бірақ физикалық өзгеріске ұшырауы мүмкін – бірігуі, жұмсаруы және ұзақ жұмыс кезінде белсенділігін жоғалтылуы (қартаюы) мүмкін;

3) катализатордың өте аз мөлшері (реакцияға қатысатын заттың мөлшерімен салыстырғанда) реакцияның жылдамдығын әжептәуір өзгертеді, және катализатордың әсері оның концентрациясына жуық пропорционалды болады;

4) катализатор арнайы реакцияларға арналған, бірақ көптеген реакцияларды жылдамдататын катализаторлар бар. (мысалы, гетерогенді катализ кезіндегі );

5) қайтымды реакция кезінде катализатор тепе-теңдікті өзгертпейді, ол тура және кері реакцияны бірдей жылдамдатады;

6) катализаторлар басқа заттардың болуына сезімтал келеді, катализатордың каталиталық белсенділігін жоғарылататын (промоторлар), оның әсерін азайтатын немесе мүлдем жоятын заттар (у немесе ингибитор) және катализаторға ешқандай әсер етпейтін индифферентті заттар бар.

Катализ теориясының маңызды мәселесі тәжірибелік мәліметтерді қолданбай-ақ катализаторларды теориялық таңдау жолдарын жасау. Катализдың бар теориялары бұл мәселені шешудің жолдарын қарастырады.

Катализатордың әсерінен реакцияның жылдамдығын арттыру ресми келесідегідей түсіндірілуі мүмкін: катализатор реакцияның активтену энергиясын азайтады, осы арқылы белсенді молекулалардың үлесін арттырады.

Гетерогенді катализ кезінде катализатор қатты зат болып табылады. Гетерогенді катализ катализатор мен реакцияға түсетін заттың жеткілікті интенсивті өзара әрекеттесуі кезінде жүреді.

Катализатордың құрылысы (катализатор бетіндегі қарапайым ұяшықтың қалпы және оның атом аралық арақашықтықтары) мен реагенттің арасында белгілі бір сәйкестік болуы керек.

Соңғы уақытта екі теория танымал.

1. Мультиплетті теория (академик А.А. Баландин).

2. Белсенді ансамбльдер теориясы (проф. Н.И.Кобозев).

1. Мультиплетті теория. Геторегенді катализдың міндетті сілтемесі болып катализатордың бетіндегі реакцияға түсетін заттың интенсивті адсорбциясы табылады. Адсорбцияланатын молекуладағы атомдардың орналасуы мен катализатордың кристалдық торындағы атомдардың орналасуында белгілі бір сәйкестік болса, зат ерекше екпінді адсорбцияланады. Барлық адсорбция катализға әкелмейді. Катализ реакцияға түсетін молекуладағы сәйкес байланыстар әлсіреген кезде ғана жүреді. Байланыстар әлсіреу үшін молекуладағы көрші атомдарды бір-бірінен алшақтату керек. Кристалдың тұрақты торының өлшемі реакцияға қатысатын молекуладағы атомдардың арасындағы алшақтықтан бірнеше есеартық болса, байланыстар әлсірейді және реакция каталиталық жылдамдайды.

Беттік қосылыс заттың бір немесе бірнеше молекуласынан және катализатордың бірнеші атомынан түзіледі. Беттік қосылысқа енетін катализатор атомдарының тобы мультиплет деп аталады. Әдетте бұл топ 2-3 атомнан тұрады.

Беттік қосылыс әрқашан түзіле бермейді. Тек егер зат беттегі белгілі бір атомдармен адсорбцияланғанда ғана жүреді, және де арасындағы байланысы үзілетін бұл атомдар мультиплеттің әртүрлі атомдарымен адсорбцияланады.

2. Белсенді ансамбльдер теориясы. Жағылған катализатордың белсенді бастаушысы белсенді ансамбль, яғни тасымалдаушының (әдетте асбест) бетінде адсорбцияланған катализатор атомдарының тобы болып табылады. Белсенді ансамбль атомдардың 2-3 үлкен санынан тұрады. Катализатордың 2-3 атомынан тұратын ансамбльдер түзілген кезде максимальды каталитикалық белсенділік болады. Егер зат өте ұсақталған болса, ансамбльдердің түзілу мүмкіндігі азаяды. Жоғары концентрация кезінде біраз атомдардан тұратын ансамбльдер түзіледі.

П.И.Кобозева әдісі бойынша катализдің механизмін анықтау үшін катализатордың меншікті белсенділігінің оның тасымалдаушыдағы концентрациясына тәуелділігін өлшейді.

Катализатордың меншікті белсенділігі деп катализатордың өлшеміне бөлінген реакция жылдамдығы тұрақтысының артуын айтады.

Сутегінің қостотығы сулы ерітінділерде өздігінен баяу ыдырайды. Кейбір органикалық заттардың катиондары мен аниондары, сондай-ақ қатты заттардың (қаралтымдалған платина, металдардың тотықтары, шыны, көмір, тұздар) қатысқан кезде сутегі қостотығының ыдырауы елеулі жылдамдайды. Демек, сулы ерітінділердегі бұл реакция алынған катализаторға байланысты гомогенді немесе гетерогенді болуы мүмкін. Гетерогенді катализ кезінде ыдырау аралық қостотықты қосылыстарды түзу арқылы екі сатыда жүреді:

(баяу)

(жылдам)

Реакцияның жалпы жылдамдығы бірінші сатымен анықталады, сондықтан реакуция бірінші реттілік бойынша жүреді. Адсорбция сатысы жылдам жүреді және үдерісті лимиттемейді.