Катализ. Левченков С.И.

Урвалын хурдыг зохицуулах хамгийн түгээмэл аргуудын нэг бол катализатор ашиглах явдал юм.

Катализатор- эдгээр нь урвалын завсрын үе шатанд идэвхтэй оролцдог, ерөнхий үйл явцын хурдыг өөрчилдөг бодисууд боловч урвалын бүтээгдэхүүнд өөрчлөгдөөгүй төлөвт байдаг.

Катализаторын оролцоотойгоор урвалын хурд өөрчлөгдөхийг нэрлэдэг катализ, мөн хариу үйлдэл нь өөрөө - каталитик урвалууд.

Катализаторын урвалыг ангилах хоёр арга байдаг.

1. Фазын хил хязгаар байгаа эсэхээс хамааран дараахь зүйлийг ялгана.

– нэгэн төрлийн катализурвалж, катализатор ба урвалын бүтээгдэхүүнүүд нэг үе шатанд байх үед;

– гетероген катализкатализатор ба урвалын бүтээгдэхүүнтэй урвалжууд өөр өөр үе шатанд байх үед; Ихэнхдээ катализатор нь хатуу фаз үүсгэдэг бөгөөд урвалд орох бодис ба бүтээгдэхүүнүүд нь шингэн эсвэл хийн үе шатанд байдаг.

2. Урвалын хурдын өөрчлөлтийн шинж чанараас хамааран дараахь зүйл тохиолддог.

– эерэг катализ, үүнд катализатор нь урвалын хурдыг нэмэгдүүлдэг;

– сөрөг катализ (дарангуйлах), катализатор ( дарангуйлагч) урвалын хурдыг удаашруулдаг;

– автокатализурвалын бүтээгдэхүүн нь катализаторын үүрэг гүйцэтгэх үед; жишээлбэл, эфирийн гидролизийн үед

CH 3 COOH 3 + H 2 O CH 3 COOH + CH 3 OH

Урвалын үр дүнд үүссэн цууны хүчил нь устөрөгчийн ионыг салгаж, гидролизийн урвалын катализаторын үүргийг гүйцэтгэж эхэлдэг. Тиймээс эхний удаашралтай урвал нь цаг хугацааны явцад улам бүр нэмэгдэж байна.

Каталитик урвалын механизмыг тайлбарлахын тулд үүнийг санал болгосон завсрын онол. Энэ онолын дагуу эерэг катализ дахь катализатор ( TO) өндөр хурдтайгаар урвалжуудын аль нэгтэй завсрын нэгдэл үүсгэдэг бөгөөд энэ нь хоёр дахь урвалжтай хурдан харьцдаг.

A + B D(удаан)

1) A + K AK(хурдан)

2) AK + B D + K(хурдан)

Зураг 4а-аас харахад катализаторын бус процессын идэвхижих энерги нь катализаторын хувирлын нэг ба хоёрдугаар шатны идэвхжих энергиээс хамаагүй их байна. Тиймээс эерэг катализтай Катализаторын үүрэг нь урвалын идэвхжүүлэлтийн энергийг багасгах явдал юм.

Урвалын зам a)

Урвалын зам b) Урвалын зам a)

Зураг 4 Каталитик урвалын энергийн диаграмм (a) ба

дарангуйлагдсан урвал (б)

Дарангуйлах урвалд дарангуйлагч ( I) өндөр хурдтай хүчтэй завсрын нэгдэл үүсгэдэг ( AI), маш удаан урвалын бүтээгдэхүүн болж хувирдаг:

A + B D(удаан)

1) A + I AI(маш хурдан)

2) AI + B D + I(Ийм удаан)

Зураг 4б-аас харахад дарангуйллын эхний үе шат нь дарангуйлалгүй процесстой харьцуулахад идэвхжих энерги багатай бөгөөд маш хурдан явагддаг. Үүний зэрэгцээ дарангуйллын хоёр дахь шатны идэвхжүүлэх энерги нь дарангуйлалгүй урвалаас хамаагүй их байдаг. Тиймээс дарангуйлагдсан урвалд Дарангуйлагчийн үүрэг бол урвалын идэвхжүүлэх энергийг нэмэгдүүлэх явдал юм.

ЭНЗИМАТИВИЙН ОНЦЛОГ

КАТАЛИЗ

Ферментүүд(лат. исгэх– исгэлэн) – бүх биологийн системд байдаг биологийн катализатор. Тэд бие махбод дахь бодисыг хувиргаж, улмаар түүний бодисын солилцоог удирдаж, зохицуулдаг. Ферментийг хүнс, хөнгөн үйлдвэрт өргөн ашигладаг. Химийн шинж чанараараа ферментүүд нь бөмбөрцөг хэлбэрийн уургийн молекул юм.

Ферментийн катализ (биокатализ)Энэ нь биологийн систем дэх химийн урвалыг тусгай уураг - ферментээр хурдасгах явдал юм. Ферментийн катализ нь химийн үйлдвэрлэлд ашигладаг ердийн химийн катализын үндэстэй ижил химийн зарчмууд дээр суурилдаг. Гэсэн хэдий ч ферментийн катализ нь өөрийн гэсэн шинж чанартай байдаг.

1. Илүү өндөр үйл ажиллагаахимийн катализатортой харьцуулахад (хурд 10 10 – 10 13 дахин нэмэгдэх). Энэ нь бүх үе шатанд ферментийн урвал маш бага идэвхжүүлэх энергитэй байдаг (Зураг 5).

2. Ихэнх ферментүүд өөр өөр байдаг үйл ажиллагааны онцлог, ингэснээр урвалжийн хувирлын бараг бүх урвал ( субстрат) бүтээгдэхүүнийг тусгай ферментээр дамжуулдаг. Ферментийн үйл ажиллагааны өвөрмөц байдлын талаар хоёр онол байдаг.

1) Фишерийн онол(түлхүүр түгжих онол): фермент ба субстрат нь орон зайн бүтцийн дагуу цоожны түлхүүр шиг бие биендээ тохирох ёстой;

2) Кошландын онол("гар ба бээлий" онол): Фермент ба субстрат нь бие биендээ тохирох орон зайн хэлбэргүй байж болох ч ойртсон үед тэдгээрийн тохиргоо өөрчлөгддөг тул орон зайн хатуу харьцах боломжтой болдог.

3. Ферментүүд нь тодорхойлогддог идэвхгүй болох үзэгдэл- тодорхой тооны субстратын молекулуудтай харилцан үйлчилсний дараа ферментийн молекулыг устгах. Ферментийн идэвхжил өндөр байх тусам хурдан задардаг. Идэвхгүй байдлын үзэгдлийг Кошландын онолоор тайлбарладаг. Үнэн хэрэгтээ, фермент илүү идэвхтэй байх тусам субстраттай илүү эрчимтэй харилцан үйлчилдэг бөгөөд энэ үед ферментийн молекул орон зайн ихээхэн деформацид ордог. Ийм давтагдсан хэв гажилт нь хамгийн сул химийн холбоог таслах, өөрөөр хэлбэл ферментийн молекулыг устгахад хүргэдэг.

4. Фермент бүр уургийн молекул агуулдаг. Нэг бүрэлдэхүүн хэсэгзөвхөн уургийн молекулаас бүрдэх ба хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг- уургийн молекул ба түүнтэй холбоотой уургийн бус бүрэлдэхүүн хэсгээс (органик бус ион эсвэл органик нэгдлийн молекул - ихэвчлэн витамин молекул эсвэл түүний хувирлын бүтээгдэхүүн) - кофактор. Уураг ба кофакторын молекулын цогцолборыг нэрлэдэг Холофермент, хамгийн их катализаторын идэвхжилтэй. Холоферментийн уургийн хэсгийг нэрлэдэг ферон, мөн уураггүй хэсэг нь өвдөлт. Кофактор байхгүй уургийн бүрэлдэхүүн хэсэг гэж нэрлэдэг апоэнзим, мөн уургийн молекулаас тусгаарлагдсан кофактор нь байна коэнзим. Кофактороос тусгаарлагдсан уургийн молекул нь маш бага идэвхжилтэй бөгөөд катализатор болох коэнзим нь ерөнхийдөө идэвхгүй байдаг.

5. Ихэнх ферментийн үйл ажиллагаа зохицуулагддаг, өөрөөр хэлбэл тэд бага идэвхжилтэй байдлаас өндөр идэвхжилтэй, нуруу руу шилжих чадвартай байдаг. Зохицуулалтын механизм нь бие махбодь нь түүний бүх үйл ажиллагааг хянадаг цогц систем юм.

6. Ферментүүд нь гадны нөхцөл байдлын нөлөөнд маш мэдрэмтгий байдаг. Тэд температур, рН-ийн харьцангуй нарийн хязгаарт идэвхтэй байдаг.

Ферментийн урвалын механизм нь химийн катализаторын катализаторын урвалын механизмтай төстэй.

S + E ES P + E,

энэ нь эхлээд маш хурдан үүсдэг фермент субстрат цогцолбор ES, энэ нь субстрат руу буцаж задарч болно Сба фермент Э, гэхдээ бас аажмаар урвалын бүтээгдэхүүн болж хувирдаг П. Ферментийн тогтмол концентрацитай үед субстратын хувиргах анхны хурдаас хамаарал v 0түүний анхны концентрацаас тайлбарлав Михаэлисын кинетик тэгшитгэл-Ментен:

v 0 = ,

Хаана кмТэгээд V макс– ферментийн үйл ажиллагааны механизмыг тусгасан кинетик үзүүлэлтүүд.

Эдгээр параметрүүдийг тодорхойлох арга нь ашиглалт дээр суурилдаг Lineweaver-Burk тэгшитгэлМихаэлис-Ментен тэгшитгэлийг хувиргах замаар олж авсан .

= +

Зураг 6-д параметрүүдийг тодорхойлох аргачлалыг үзүүлэв кмТэгээд V макс. V max -нь ферментийн өгөгдсөн концентрацийн хамгийн их анхны урвалын хурд юм. Э] (Зураг 7). Моляр ферментийн үйл ажиллагаа(a E) хамаарлаар тодорхойлогдоно:

Энэ нь нэгж хугацаанд нэг ферментийн молекулаар хувирсан субстратын молекулуудын тоог харуулдаг. Жишээлбэл, урвалын хувьд CO 2 + H 2 O H 2 CO 3, цусан дахь карбонатдегидратаза ферментээр катализлагдсан ба E = 36∙10 6 моль CO 2/(мин∙моль Е), өөрөөр хэлбэл нэг минутанд 1 молекул фермент 36 сая молекулын хувиргалтыг хурдасгадаг. CO 2.

Зураг 7 Ферментийн урвалын анхны хурдны субстратын анхны концентрацаас хамаарах хамаарал

Параметр кмЭнэ нь ферментийн хагасыг фермент-субстратын цогцолбор болгон холбож, хамгийн их хурдыг хагаст хүргэхэд шаардагдах субстратын хэмжээг хэлнэ (Зураг 7). Тийм ч учраас кмөгөгдсөн субстраттай холбоотой тодорхой ферментийн үйл ажиллагааны өвөрмөц байдлыг үнэлэхэд ашиглаж болно. Жишээлбэл, урвалын хувьд

моносахарид + ATPэлсэн чихэр фосфат + ADF,

глюкозыг олж авсан гексокиназа ферментээр катализатор К м= 8∙10 –6 моль/л, алзны хувьд К м= 8∙10 –3 моль/л. Үүний үр дүнд фермент нь глюкозтой илүү сайн харьцдаг, учир нь ижил үр дүнд хүрэхийн тулд глюкозоос 1000 дахин бага шаардлагатай байдаг.

4. ХИМИЙН ТЭНЦВЭР

Химийн тэнцвэрт байдалд хүрэхэд бодисын молекулын тоо өөрчлөгдөхөө больж, гадаад байнгын нөхцөлд цаг хугацааны явцад тогтмол хэвээр байна. Химийн тэнцвэрт байдал нь дараахь шинж чанаруудаар тодорхойлогддог.

1) шууд ба урвуу урвалын хурдны тэгш байдал;

2) тогтмол гадаад нөхцөлд бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацийн (хэсэгчилсэн даралт) тогтмол байдал;

3) хөдөлгөөнт байдал, өөрөөр хэлбэл жижиг нүүлгэн шилжүүлэлтээр аяндаа сэргэх чадвар;

4) Тэнцвэрийг урагш болон урвуу урвалын аль алинаар нь хангадаг.

Химийн урвалын энергийн диаграммыг авч үзье

A + B D(Зураг 8). Энэ урвалын хувьд:

Зураг 8 Урвуу химийн урвалын энергийн диаграмм

Иймээс өгөгдсөн температурт шууд болон урвуу урвалууд нь тодорхой хурдны тогтмолуудтай байдаг. Тиймээс урвуу урвалын үед кинетик муруй нь Зураг 9-д үзүүлсэн хэлбэртэй байна А. Зургаас харахад цаг нь болсны дараа t rбүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентраци өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.

Хуулийн дагуу цагтолон нийтийн арга хэмжээ

9-р зурагнаас бТэнцвэрийн үед хүрсний дараа харж болно t pхурдны тэгш байдлыг хангана. Дараа нь

Хаана K c= нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тэнцвэрийн концентрациас тодорхойлогддог химийн тэнцвэрийн тогтмол юм.

Зураг 9 Урвуу урвалын кинетик муруй (a) ба урагшлах болон урвуу урвалын хурдны хугацааны хамаарал (b)

Ерөнхийдөө урвалын хувьд

мА +нБ qD +fE

тэнцвэрийн тогтмолыг өгөгдсөн

Тиймээс, K cнь өгөгдсөн температур дахь урвалын системийн параметрийн шинж чанар бөгөөд химийн тэнцвэрт байдалд байгаа бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацийн харьцааг тодорхойлдог.

Хэрэв урвал нь хийн үе шатанд явагддаг бол концентрацийн оронд системийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хэсэгчилсэн даралтыг ашиглана. Дээрх тэнцвэрийн урвалын хувьд тэнцвэрт байгаа бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хэсэгчилсэн даралтаар тодорхойлогддог тэнцвэрийн тогтмолыг дараах байдлаар олно.

Хамгийн тохиромжтой хийн хувьд р i =C i RT. Тийм ч учраас

Энд - урвалын явцад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн молийн тооны өөрчлөлт.

Үнэ цэнэ K cТэгээд K pтемператур ба урвалын системийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн шинж чанараас хамаарна.

Урагш ба урвуу урвалын Аррениусын тэгшитгэлээс дараах байдалтай байна.

ln к пр= бүртгэл А prболон ln к арр.= бүртгэл Арр.

Түүнээс хойш

ln К р= бүртгэл

Хаана ΔН пр- шууд урвалын дулааны нөлөө.

Үүссэн тэгшитгэлээс хамаарал гарч ирнэ K pшулуун шугам шиг харагддаг ба үүний төлөө (Зураг 10), үүнээс дагалддаг .

Тодорхойлохын тулд ΔH prаналитик аргыг ашиглан утгыг олох K pхоёр өөр температурт, томъёог ашиглан тооцоолно

ΔH pr

Зураг 10 Шууд эндотермик урвалын дулааны нөлөөг тодорхойлох ( ΔН пр >0)

Сүүлийн илэрхийллийг интеграл тэгшитгэл гэж нэрлэдэг химийн урвалын изобарууд. Энэ нь хоёр өөр температурт тэнцвэрийн тогтмолуудыг холбож, температур өөрчлөгдөхөд нийт даралт тогтмол хэвээр байх тэнцвэрийн системийг тодорхойлдог.

Хэрэв температур өөрчлөгдөхөд системийн эзэлхүүн нь жишээлбэл уусмал дахь урвалын үед тогтмол хэвээр байвал параметрүүдийн хоорондын хамаарлыг дараах байдлаар илэрхийлнэ. химийн урвалын изохор

ΔU pr .

Химийн термодинамикийн үүднээс химийн урвалын чиглэлийг авч үзэхэд систем нь химийн тэнцвэрт байдлын нөхцөлд байгааг тэмдэглэв. ∆G= 0. Энэ байрлалд үндэслэн тэгшитгэлийг олж авна химийн урвалын изотермууд, энэ нь тэмдгийг тодорхойлох боломжийг олгодог ∆GҮүний дагуу урвалын системийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг дурын харьцаагаар хольсон тохиолдолд химийн урвалын чиглэл:

ΔG= RT(ln – ln K p)

Хаана p АТэгээд p V- тэдгээрийг холих замаар олж авсан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дурын хэсэгчилсэн даралт.

Бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь шийдэлд байгаа системийн хувьд ижил төстэй харилцааг санал болгож байна.

Жишээлбэл, урвалын хувьд

мА+нБ qD+fE,

Шингэн фазын тэнцвэрт байдал нь химийн урвалын изотермийн тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.

ΔG= RT(ln - ln K c)

Дурын хэмжээний бодисыг холих замаар олж авсан уусмал дахь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн моль фракцууд хаана байна А, Б, ДТэгээд Э.

Тэнцвэрийн шилжилт.Тэнцвэрт байгаа системийн температур, концентраци, даралтын өөрчлөлт нь түүнийг тэнцвэргүй болгодог. Гэвч тодорхой хугацааны дараа системд шинэ тэнцвэрийн төлөв дахин тогтдог бөгөөд түүний параметрүүд нь анхны төлөвөөс аль хэдийн өөр байдаг. Нөхцөл байдал өөрчлөгдөх үед системийн нэг тэнцвэрийн төлөвөөс нөгөө тэнцвэрт төлөвт шилжихийг тэнцвэрийн шилжилт гэж нэрлэдэг. Энэ нь тэнцвэрийн тогтмол байдлын бага утгатай системүүдэд зорилтот бүтээгдэхүүний гарцыг нэмэгдүүлэхэд ашиглагддаг. Нэмж дурдахад тэнцвэрийг өөрчлөх арга нь зэрэгцээ явагдах хүсээгүй үйл явцыг дарах боломжтой.

Гэхдээ тэнцвэрт байдалд нөлөөлдөггүй хоёр хүчин зүйлийг санаж байх шаардлагатай. Нэгдүгээрт, катализаторыг тэнцвэрийн системд оруулах нь тэнцвэрт байдалд шилжихэд хүргэдэггүй. Катализатор нь шууд болон урвуу урвалын идэвхжүүлэлтийн энергийг нэгэн зэрэг бууруулдаг бөгөөд энэ нь хоёр урвалын хурдыг ижил хэмжээгээр нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Катализаторыг хэрэглэсний үр дүнд богино хугацаанд тэнцвэрт байдалд хүрдэг. Хоёрдугаарт, нэг төрлийн бус тэнцвэрийн системд уусдаггүй болон дэгдэмхий бодисуудын концентраци ба хэсэгчилсэн даралтыг тэнцвэрийн тогтмол байдлын илэрхийлэлд оруулаагүй болно. Жишээлбэл, урвалын хувьд FeO +CO Fe +CO 2тэнцвэрийн тогтмолыг дараах байдлаар тодорхойлно K p= .

Температурын нөлөө.Тэгшитгэл изохоруудТэгээд изобаруудТемпературын өөрчлөлттэй тэнцвэрийн шилжилтийн чиглэлийг урьдчилан таамаглах боломжтой болгоно. Жишээлбэл, систем тэнцвэрт байдалд байгаа бөгөөд урагшлах урвал нь экзотермик бол (DN pr <0), то при повышении температуры (T 2 >T 1) тэгш бус байдлыг ажиглах ёстой K p ,2 K p ,1. Энэ нь шинэ тэнцвэрийн төлөвт урвалын бүтээгдэхүүний хэсэгчилсэн даралт бага байх болно, өөрөөр хэлбэл урвал зүүн тийш шилжих болно.

Температурын өсөлт нь тэнцвэрийг эндотермик урвал руу, температур буурах нь тэнцвэрийг экзотермик урвал руу шилжүүлдэг.

Тиймээс бүтээгдэхүүний хамгийн өндөр гарц нь:

Бага температурт экзотермик урвалын хувьд;

Өндөр температурт эндотермик урвалын хувьд.

Төвлөрлийн нөлөө (хэсэгчилсэн даралт).Тэгшитгэл изотермуудтэнцвэрийн системийн аль нэг бүрэлдэхүүн хэсгийн концентраци өөрчлөгдөхөд тэнцвэрийн шилжилтийн чиглэлийг урьдчилан таамаглах боломжийг танд олгоно. Систем тэнцвэрт байдалд байг. Дараа нь ΔG=0 ба изотермийн тэгшитгэл дэх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентраци нь тэнцвэрийн утгатай тохирч ба = K c. Хэрэв урвалын зарим бүтээгдэхүүнийг системээс хасвал параметрүүдийн харьцаагаар тэнцвэргүй байдал үүсдэг. K cмөн үүний дагуу, ΔG< 0. Сүүлчийн тэгш бус байдал нь шууд урвалын аяндаа үүсэх термодинамик нөхцөл юм. Үүний үр дүнд анхны урвалжуудын нэг хэсгийг урвалын бүтээгдэхүүн болгон хувиргах замаар тэнцвэрийг баруун тийш шилжүүлэх замаар шинэ тэнцвэрт байдалд хүрнэ.

Анхны урвалжуудын концентраци (хэсэгчилсэн даралт) нэмэгдэх нь тэнцвэрийг бүтээгдэхүүн үүсэх, тэдгээрийн концентраци буурах (хэсэгчилсэн даралт) нь бүтээгдэхүүнийг анхных руу урвуу хувиргах чиглэлд шилжүүлдэг. Бүтээгдэхүүний концентраци (хэсэгчилсэн даралт) нэмэгдэх нь тэнцвэрийг урвуу урвал руу шилжүүлж, тэдгээрийн концентраци (хэсэгчилсэн даралт) буурах нь тэнцвэрийг урагшлах урвал руу шилжүүлдэг.

Иймд урвалын бүтээгдэхүүний гарцыг нэмэгдүүлэхийн тулд эхний урвалжуудын концентрацийг (хэсэгчилсэн даралт) нэмэгдүүлэх эсвэл урвалын системээс аажмаар зайлуулах замаар бүтээгдэхүүний концентрацийг (хэсэгчилсэн даралт) бууруулах шаардлагатай.

Системийн нийт даралтын нөлөө. Хийн фазын тэнцвэрт системийг өгье мА нБ, Үүний төлөө н м, өөрөөр хэлбэл молекулын тоо нэмэгдэхэд шууд урвал явагдана.

Далтоны хуулийн дагуу. p А = p∙y АТэгээд х Б = p∙y B, Хаана Р- систем дэх нийт даралт; r A, r B- бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хэсэгчилсэн даралт; y A , y B– хийн үе дэх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн моль фракцууд. Дараа нь изотермийн тэгшитгэл дараах хэлбэрийг авна

Хэрэв даралттай бол х 1систем тэнцвэрт байдалд байна, тэгвэл

.

Даралтыг p 2 болгон нэмэгдүүлэх нь системийг тэнцвэрт байдлаас гаргана. Учир нь ( p-t) 0 байвал системийн параметрүүдийн дараах хамаарал үүснэ

Тэгээд ΔG> 0.

Энэ нь урвуу урвал явагдах термодинамик нөхцөл юм. Үүний үр дүнд даралт ихсэх тусам бүтээгдэхүүний урвуу өөрчлөлтийн үр дүнд шинэ тэнцвэрт байдал бий болно. INанхны холболт руу А, үүний үр дүнд систем дэх молекулуудын нийт тоо буурдаг.

Хүлээн авсан үр дүнг нэгтгэн дүгнэж үзвэл бид дараахь дүгнэлтийг гаргаж болно.

Системийн нийт даралтын өсөлт нь тэнцвэрийг молекулын тоо буурах үед үүсэх урвал руу шилжүүлдэг;

Системийн нийт даралтын бууралт нь молекулын тоо ихсэх үед үүсэх урвал руу тэнцвэрт байдалд шилжихэд хүргэдэг.

Тэнцвэрийн шилжилтийн чиглэлд бүх хүчин зүйлийн нөлөөллийн хэв маягийг нэгтгэн дүгнэх нь дүрэмд хүргэдэг Ле Шательегийн зарчим:

Хэрэв тэнцвэрт системд гадны нөлөөлөл (температурын өөрчлөлт, концентраци эсвэл бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хэсэгчилсэн даралт, нийт даралт) байвал энэ нөлөөллийн нөлөө сулардаг байдлаар хариу үйлдэл үзүүлнэ.

ФОТОКИМИЙН РЕАКС

Гэрлийн цацрагийн нөлөөн дор үүсдэг химийн урвалыг нэрлэдэг фотохимийн урвал. Хамгийн чухал фотохимийн урвалууд нь нарны хэт ягаан туяаны нөлөөн дор молекулын хүчилтөрөгчөөс озон үүсэх явдал юм.

O2 + hO

O + O 2 O 3 + O

Үүссэн озон О 3амьд организмд хортой нөлөө үзүүлдэг 250-260 мм-ийн бүсэд хэт ягаан туяаг шингээдэг. Өөр нэг чухал фотохимийн урвал бол фотосинтез бөгөөд үүний үр дүнд ургамал агаар мандлаас нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шингээж, хүчилтөрөгч ялгаруулдаг. Мөнгөний бромидын фотохимийн задрал нь гэрэл зургийн процессын гол цөм юм.

Фотоны энерги (цацрагийн квант) ( Э) хамаарлаар тодорхойлогдоно

E = h,

Хаана h– Планкийн тогтмол (h 6.626 10 J∙s); – цацрагийн давтамж, с. Үзэгдэх гэрэл, хэт улаан туяа, хэт ягаан туяаны долгионы урт нь 100 нм-ээс 1000 нм, энерги нь 120 кЖ/моль-1200 кЖ/моль хооронд хэлбэлздэг. Нэг квант цацрагийг молекул дахь атомын нэг электрон шингээж авдаг бөгөөд үүний үр дүнд энэ электрон илүү өндөр энергийн түвшинд шилждэг. Үүний үр дүнд цацраг хэлбэрээр энерги шингээх гурван өөр үр дагавар гарч болзошгүй.

1. Атом эсвэл молекул өдөөгдсөн төлөвт ордог.

A + h A *

М + ч М *

2. Молекулын диссоциаци нь атом үүсгэх буюу чөлөөт радикалууд:

AB + h A + B

3. Боловсрол энгийнэсвэл молекулын ионууднэг электроныг зайлуулах замаар:

A + h A + +

AB + h AB + +

Эдгээр бүх үйл явц нь дараах хуулиудад захирагддаг.

1. Фотохимийн урвал нь урвалд орж буй системд шингэсэн цацрагийн тухайн хэсэг ( Гроттус-Дреперийн хууль).

2. Шингээсэн цацрагийн квант бүр нь зөвхөн нэг молекулыг хувиргахад хүргэдэг ( Эйнштейн-Старкийн хууль).

3. Фотохимийн урвалын үр дүнд үүссэн бүтээгдэхүүний хэмжээ нь шингэсэн цацрагийн эрчим ба цацрагийн хугацаатай пропорциональ байна ( Вант Хоффын хууль).

Сүүлийн хуулийг математик хэлбэрээр илэрхийлж болно:

m = kt,

Хаана м– фотохимийн хувиргасан бодисын масс, г; - шингэсэн цацрагийн хүч, өөрөөр хэлбэл. нэгж хугацаанд нэгж талбайд гэрлийн урсгалыг шилжүүлэх энергийн хэмжээ, Ж/с; т- цацрагийн хугацаа, с.; к– урвалын хурдны тогтмол, г/Ж.

1, 2-р хуулиудыг туршилтаар турших үед заримдаа илэрхий зөрүү ажиглагддаг. Нэгдүгээрт, шингэсэн квантуудын тоо нь тухайн бодисын урвалд орсон молекулуудын тоотой тэнцүү биш, i.e. Эйнштейн-Старкийн хууль зөрчигдөж байгаа мэт. Тиймээс фотохимийн процессыг тодорхойлохын тулд ойлголт квант гарц, энэ нь бодит урвалд орсон молекулуудын тоог шингэсэн квантуудын тоонд харьцуулсан харьцаатай тэнцүү байна. Утга нь 10 -3-аас 10 6 хооронд хэлбэлздэг. At<1 поглощенная световая энергия частично расходуется на побочные процессы, такие как передача энергии на другие молекулы и самопроизвольное протекание обратного процесса. При >1 систем гоожиж байна гинжин урвал. Энэ тохиолдолд шингэсэн цацрагийн квант нь нэг идэвхтэй бөөмийн харагдах байдлыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь дараа нь хоёрдогч хувиргалтын гинжийг үүсгэдэг.

Хоёрдугаарт, зарим бодисууд харагдахуйц эсвэл хэт ягаан туяаны бүсэд гэрлийг шингээдэггүй, гэхдээ цацраг туяагаар хувирах чадвартай байдаг. Ийнхүү Гроттусын хууль зөрчигдөж байна. Энэ тохиолдолд цацрагийн квантыг тусгай бодисоор шингээдэг болох нь тогтоогдсон. гэрэл мэдрэмтгий бодисууд, тэдгээр нь шингэсэн энергийг өөр бодис руу шилжүүлдэг бөгөөд үүний үр дүнд химийн хувирал үүсдэг. Тиймээс Гроттусын хуулийг зөрчсөн нь зөвхөн илт харагдаж байна. Жишээлбэл, молекулын устөрөгч нь 253.7 нм долгионы урттай гэрлийг шингээдэггүй. Гэсэн хэдий ч мөнгөн ус ба устөрөгчийн уурын хольцыг цацрагаар цацах үед устөрөгчийн молекулуудыг атом болгон задлах үйл явц ажиглагдаж байна.

Hg + hHg *

Hg*+H2Hg+H+H

Үүнтэй төстэй гэрэл мэдрэмтгий үйл явц юм фотосинтез- нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (IV) ба уснаас нүүрс усны нийлэгжилт, хүчилтөрөгч ялгарах дагалддаг. Хлорофилл молекул нь энэхүү фотохимийн урвалын мэдрэмтгий байдлын үүрэг гүйцэтгэдэг. Үүнээс гадна хлорофилл бгэрлийн энергийг барьж, цуглуулдаг. Фото өдөөлт хийсний дараа илүүдэл энергийг хлорофилл молекул руу шилжүүлдэг А, дараа нь фотосинтезийн үйл явцад шууд оролцдог.

Фотосинтезийн нийт үйл явцыг дараах урвалаар илэрхийлнэ.

6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O, G 0 = 2861.9 кЖ/моль

Фотосинтез нь фотохимийн урвалыг ферментийн урвалтай хослуулсан нарийн төвөгтэй исэлдэлтийн процесс юм. Фотосинтезийн механизмд хоёр үе шат байдаг: гэрэлТэгээд харанхуй. Гэрлийн үе шат нь усны исэлдэлтийг дуусгаж, никотинамид аденин динуклеотид фосфатыг үүсгэдэг бодит фотохимийн урвалууд ба тэдгээртэй холбоотой ферментийн урвалуудыг агуулдаг. NADPH 2) ба аденозин трифосфорын хүчил ( ATP). Харанхуй шатанд NADPH 2Тэгээд ATPмолекулыг сэргээх CO 2өмнө CH 2 Oдараа нь цацрагийн квант оролцоогүйгээр явагддаг коньюгат ферментийн урвалын циклд моносахарид үүсдэг.

ШИЙДВЭРИЙН ШИНЖ

ЕРӨНХИЙ МЭДЭЭЛЭЛ

Шийдэлгэж нэрлэдэг нэгэн төрлийнуусгагч, ууссан бодис, тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн бүтээгдэхүүнээс бүрдэх (нэг фазын) системүүд, тэдгээрийн концентраци нь өргөн хүрээнд өөрчлөгдөж болно.

Тэдгээр нь хатуу, шингэн, хий хэлбэртэй байж болно. Биологийн объект дахь процесс, хөдөө аж ахуйн боловсруулах үйлдвэрлэлийн технологийн процесс нь усан уусмалд явагддаг. Тиймээс ирээдүйд бид зөвхөн янз бүрийн бодисын усан уусмалыг авч үзэхийг хязгаарлах болно.

Уусгах явцад уусгагчийн эзэлхүүн дэх ууссан бодисын молекулууд эсвэл ионуудын жигд тархалт байдаг. Гэсэн хэдий ч уусалтыг нэг бодис нөгөөд тархах цэвэр физик процесс гэж үзэж болохгүй. Зарим бодисыг усанд уусгахад их хэмжээний дулаан ялгардаг нь үүнийг нотолж байна ( H2SO4, NaOHмөн бусад). Уусгагчийн молекул ба ууссан бодисын молекул эсвэл ионуудын хооронд химийн харилцан үйлчлэл үүсч, зарим нь тасарч, бусад химийн холбоо үүсэх боломжтой болох нь тогтоогдсон. Энэ нь уусгагч ба ууссан бодисын харилцан үйлчлэлийн бүтээгдэхүүн үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд үүнийг нэрлэдэг уусдаг бодис,ба усан уусмалд - чийгшүүлнэ. Харилцааны үйл явцыг өөрөө гэж нэрлэдэг шийдэлэсвэл чийгшүүлэх.

Одоогоор шийдлүүд гэж үзэж байна физик-химийн систем,механик хольц ба химийн нэгдлүүдийн хооронд шинж чанараараа завсрын байр суурийг эзэлдэг бөгөөд тэдгээрт хамаарах физик, химийн хуулиуд байдаг.

Аливаа шийдлийн гол шинж чанар нь түүний төвлөрөл. Дүрмээр бол уусгагч нь харьцангуй их хэмжээгээр агуулагдах уусмалын бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд түүний фазын төлөв байдлыг тодорхойлдог. Уусмалын физик-химийн шинж чанар нь тэдгээрийн концентрацаас хамаарна. Ийм хамаарал олон бий. Тэдгээрийг бүгдийг нь шийдэл гэж үзсэний үндсэн дээр олж авсан төгс. Тохиромжтойшийдэл бөгөөд үүнд:

1) ууссан бодисын концентраци маш бага - моль фракц 0.005-аас бага;

2) ууссан бодис нь дэгдэмхий биш, өөрөөр хэлбэл түүний молекулууд шингэний фазыг хийн фаз руу орхиж чадахгүй;

3) уусмалын хэсгүүдийн хооронд харилцан үйлчлэх хүч байхгүй, өөрөөр хэлбэл холих дулаан нь тэг байна ( Н Р= 0) ба системийн эзлэхүүн өөрчлөгдөөгүй ( V х = 0);

Химийн технологийн үндсэн процессуудын ихэнх нь катализаторын урвал юм. Энэ нь катализаторыг нэвтрүүлснээр бодисын харилцан үйлчлэлийн хурд ихээхэн нэмэгддэгтэй холбоотой юм. Үүний зэрэгцээ үйлдвэрлэгчид ижил хугацаанд зардлаа бууруулах эсвэл илүү олон урвалын бүтээгдэхүүнийг олж авах боломжтой. Тийм ч учраас технологич бэлтгэхэд катализийн судалгаанд ихээхэн анхаарал хандуулдаг. Гэсэн хэдий ч энэ үзэгдэл нь байгальд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Тиймээс тусгай бодисууд нь амьд организмд биохимийн урвал үүсэхийг зохицуулж, улмаар бодисын солилцоонд нөлөөлдөг.

Катализийн тухай ойлголт

Энэхүү химийн үзэгдлийн мөн чанар нь энэ үйл явцыг удаашруулж, хурдасгах тусгай урвалж ашиглан бодисын хувирлын хурдыг зохицуулах явдал юм. Энэ тохиолдолд тэд эерэг эсвэл сөрөг катализын тухай ярьдаг. Автокатализийн үзэгдэл бас байдаг бөгөөд химийн урвалын завсрын бүтээгдэхүүний аль нэг нь урвалын хурдад нөлөөлдөг. Каталитик процессууд нь янз бүрийн механизм, нэгдлүүдийн нэгдлийн төлөв, чиглэлд ялгаатай байдаг.

Химийн харилцан үйлчлэлийг удаашруулдаг бодисыг дарангуйлагч, катализаторын урвалыг хурдасгагч бодисыг катализатор гэнэ. Тэд хоёулаа нэг буюу хэд хэдэн оролцогчтой давтан завсрын харилцан үйлчлэлээр урвалын хурдыг өөрчилдөг. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь бүтээгдэхүүний найрлагад ороогүй бөгөөд бодисын хувирлын мөчлөг дууссаны дараа сэргээгддэг. Иймд катализаторын оролцоо нь урвалын тэгшитгэлд стехиометрийн хувьд тусгагдаагүй бөгөөд зөвхөн бодисын харилцан үйлчлэлийн нөхцөл гэж заадаг.

Каталитик урвалын төрлүүд

Химийн урвалд оролцдог бодисыг нэгтгэх төлөвийн дагуу тэдгээрийг дараахь байдлаар хуваана.

• нэгэн төрлийн урвал - урвалж, бүтээгдэхүүн, катализатор нь нэгтгэх (үе шат) ижил төлөвт байгаа бол бодисын молекулууд эзлэхүүн даяар жигд тархсан байдаг;
• гадаргуугийн катализаторын урвалууд - холилдохгүй шингэний интерфэйс дээр үүсдэг ба катализаторын үүрэг нь түүгээр дамжуулан урвалжуудыг шилжүүлэх хүртэл буурдаг;
• гетероген катализаторын урвалууд - тэдгээрийн дотор катализатор нь урвалжаас ялгаатай нэгтгэх төлөвтэй байдаг бөгөөд урвал нь өөрөө фазын интерфейс дээр явагддаг;
• гетероген-нэг төрлийн урвалууд - катализаторын интерфейсээс эхэлж, урвалын эзэлхүүнээр үргэлжлэх;
• микрогетероген урвалууд - хатуу катализаторын жижиг хэсгүүд нь шингэний фазын бүх эзэлхүүний туршид мицелл үүсгэдэг.

Мөн редокс катализ байдаг бөгөөд энэ нь урвалжтай харилцан үйлчлэх үед катализаторын исэлдэлтийн төлөвийн өөрчлөлт дагалддаг. Ийм хувиргалтыг каталитик исэлдэлт ба бууралтын урвал гэж нэрлэдэг. Химийн үйлдвэрлэлийн хамгийн түгээмэл процесс бол хүхрийн давхар ислийг гурван исэл болгон исэлдүүлэн хүхрийн хүчил үүсгэдэг.

Катализаторын төрлүүд

Агрегатын төлөв байдлын дагуу катализаторууд нь шингэн (H 2 SO 4, H 3 PO 4), хатуу (Pt, V 2 O 5, Al 2 O 3) ба хий (BF 3) байдаг.

Бодисын төрлөөс хамааран катализаторыг дараахь байдлаар ангилдаг.

• металлууд - цэвэр, хайлш, хатуу эсвэл сүвэрхэг суурь (Fe, Pt, Ni, Cu) дээр хуримтлагдсан байж болно;
• M m E n төрлийн металлын нэгдлүүд - хамгийн түгээмэл исэлүүд нь MgO, Al 2 O 3, MoO 3 гэх мэт;
• хүчил ба суурь - хүчил-суурь каталитик урвалд ашиглагддаг, эдгээр нь Льюисийн хүчил, Бронстед хүчил гэх мэт байж болно;
• металлын цогцолборууд - энэ бүлэгт шилжилтийн металлын давсууд орно, жишээлбэл PdCl 2, Ni (CO) 4;
• Ферментүүд (ферментүүд) нь амьд организмд тохиолддог урвалыг хурдасгадаг биокатализатор юм.

Электрон бүтцийн онцлогоос хамааран d-электрон ба d-орбитал бүхий d-катализаторууд, мөн төв нь s, p-электронтой валент бүхий элемент болох s,p-катализаторуудыг ялгадаг.

Катализаторын шинж чанар

Үр дүнтэй ашиглахын тулд тэдгээрийг тодорхой үйл явцын хувьд харилцан адилгүй өргөн хүрээтэй шаардлагын жагсаалтад оруулдаг. Гэхдээ хамгийн чухал нь катализаторын дараах хоёр шинж чанар юм.

• Өвөрмөц чанар нь катализатор нь зөвхөн нэг урвал эсвэл хэд хэдэн ижил төстэй хувиргалтанд нөлөөлж, бусдын хурдад нөлөөлөхгүй байх чадварт оршдог. Тиймээс цагаан алтыг ихэвчлэн органик устөрөгчжүүлэх урвалд ашигладаг.
• Сонголт нь хэд хэдэн боломжит зэрэгцээ урвалын аль нэгийг хурдасгах чадвараар тодорхойлогддог бөгөөд ингэснээр хамгийн чухал бүтээгдэхүүний гарцыг нэмэгдүүлдэг.

Каталитик урвалын хурд

Бодисын харилцан үйлчлэлийг хурдасгах шалтгаан нь катализатортой идэвхтэй цогцолбор үүсч, идэвхжүүлэх энерги буурахад хүргэдэг.

Химийн кинетикийн үндсэн постулатын дагуу аливаа химийн урвалын хурд нь тэдгээрийн стехиометрийн коэффициентүүдтэй харгалзах хүчийг авсан эхлэлийн бодисын концентрацийн бүтээгдэхүүнтэй шууд пропорциональ байна.

v = k ∙ С А x ∙ С В у ∙ С D z ,

Энд k нь химийн урвалын хурдны тогтмол хэмжээ бөгөөд эхний нэгдлүүдийн концентраци 1 моль/л байх тохиолдолд ижил урвалын хурдтай тэнцүү байна.

Аррениусын тэгшитгэлийн дагуу k нь идэвхжүүлэлтийн энергиээс хамаарна.

k = A ∙ exp^(-E A / RT).

Заасан загварууд нь катализаторын урвалд бас хүчинтэй. Үүнийг мөн хурдны тогтмолуудын харьцааны тэгшитгэлээр баталгаажуулна.

k K / k = A K /A ∙ exp^((E A -E AK)/RT),

Энд K дэд тэмдэгттэй хувьсагч нь катализаторын урвалыг хэлнэ.

Каталитик урвалын үе шатууд

Нэг төрлийн каталитик урвалын хувьд хоёр үндсэн үе шат хангалттай.

1. Идэвхжүүлсэн цогцолбор үүсэх: A + K ―> AK.
2. Идэвхжүүлсэн цогцолборын бусад эхлэлийн бодисуудтай харилцан үйлчлэл: AK + B ―> C + K.

Ерөнхийдөө A + B ―> C хэлбэрийн тэгшитгэл бичигдсэн байдаг.

Гетероген каталитик урвалын механизм нь нарийн төвөгтэй байдаг. Дараах зургаан үе шатыг ялгаж үздэг.

1. Катализаторын гадаргуу дээр эхлэлийн нэгдлүүдийг авчрах.
2. Катализаторын гадаргуугаар эхлэх урвалжуудыг шингээж, завсрын цогцолбор үүсэх: A + B + K ―> AVK.
3. Үүссэн цогцолборыг идэвхжүүлэх: ΑВК ―> ΑВК * .
4. Үүссэн бүтээгдэхүүн нь катализатороор шингээгдсэн цогц нэгдлийн задрал: ΑВК * ―> CDK.
5. Үүссэн бүтээгдэхүүнийг катализаторын гадаргуугаар десорбци: CDK ―> C + D + K.
6. Катализатороос бүтээгдэхүүнийг зайлуулах.

Каталитик урвалын жишээ

Катализаторыг зөвхөн химийн үйлдвэрт ашигладаггүй. Аливаа хүн өдөр тутмын амьдралдаа янз бүрийн катализаторын урвалтай тулгардаг. Энэ нь жишээлбэл, шархыг эмчлэхэд устөрөгчийн хэт исэл хэрэглэх явдал юм. Устөрөгчийн хэт исэл нь цустай харьцахдаа дараахь нөлөөн дор задарч эхэлдэг.

2H 2 O 2 ―> O 2 + 2H 2 O.

Орчин үеийн машинуудад хортой хийн бодисыг задлахад хувь нэмэр оруулдаг тусгай катализаторын камеруудаар тоноглогдсон байдаг. Жишээлбэл, цагаан алт эсвэл роди нь азотын исэлд задарснаар байгаль орчны бохирдлыг бууруулахад тусалдаг бөгөөд тэдгээр нь хор хөнөөлгүй O 2 ба N 2 үүсгэдэг.

Зарим шүдний оо нь товруу болон хүнсний үлдэгдэл задралыг эхлүүлдэг фермент агуулдаг.

20-р зууны эхэн үед олон тооны ферментүүд судлаачдын хувьд ферментийн нэршил, ангиллын талаархи асуултуудыг тавьсан. 20-р зууны эхэн үеийн ферментийн өвөрмөц шинж чанар нь "аза" төгсгөл байсан бөгөөд үүнийг эхлээд субстратын нэрэнд (амилум - цардуул - амилаза), дараа нь урвалын нэрэнд нэмж ашигласан ( усгүйжүүлэх - дегидрогеназа). Олон улсын химич, биохимичдийн холбооноос байгуулагдсан Ферментийн Комисс (CI) нь ферментийн ангилал, нэршлийн үндсэн зарчмуудыг боловсруулж, 1961 онд баталсан. Ангилал нь ферментийн катализаторын урвалын төрлөөс хамаарна. Үүний үндсэн дээр бүх ферментийг 6 ангилалд хуваасан бөгөөд тус бүр нь хэд хэдэн дэд ангилалтай байдаг.

1. Оксидоредуктаза -бууруулах буюу исэлдэлтийн урвалыг хурдасгадаг ферментүүд. Жишээлбэл, этилийн спиртийг ацетальдегид болгон исэлдүүлдэг фермент болох спирт дегидрогеназа. Альдегид дегидрогеназа гэж нэрлэгддэг хоёр дахь фермент нь ацетальдегидийг ацетил КоА болгон хувиргадаг. Оксидоредуктазууд нь доорх жишээн дээр завсрын устөрөгчийн хүлээн авагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг кофакторуудын оролцоог шаарддаг, энэ нь NAD + юм.

Оксидаза -оксидоредуктазын нэг төрөл. Энэ нь хүчилтөрөгчийг устөрөгчийн эцсийн хүлээн авагч болгон ашигладаг ферментүүдийн нэр юм. Жишээ нь глюкозыг глюконы хүчил болгон исэлдүүлдэг глюкоз оксидаза юм . FAD нь устөрөгчийн завсрын хүлээн авагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг.

2. Трансферазууд -функциональ бүлгүүдийг донор молекулаас хүлээн авагч молекул руу шилжүүлдэг ферментүүд. Жишээ нь метилтрансферазууд бөгөөд метил бүлгийг S-аденозилметионинаас зарим хүлээн авагч руу шилжүүлдэг. Эпинефрин ба норэпинефриний нейротрансмиттерийн бодисын солилцоонд оролцдог фермент болох катехол-О-метилтрансферазаар катализлагдсан урвалыг доор үзүүлэв. .

Трансферазын өөр нэг чухал жишээ бол амин бүлгүүдийн дамжуулалтыг хурдасгадаг ферментүүд - трансаминазууд юм.

Трансаминаза нь амин хүчлийг амин бүлгийн донор болгон ашигладаг бөгөөд үүнийг α-кето хүчил рүү шилжүүлж, донорын амин хүчлийг α-кето хүчил, кето хүчлийн хүлээн авагчийг амин хүчил болгон хувиргадаг. Энэ нь тодорхой амин хүчлийг харилцан хувиргахад хэрэглэгддэг бөгөөд амин хүчлүүд нь нүүрс ус эсвэл липидийн солилцооны замд орох боломжийг олгодог.

Биохимид ихэвчлэн дурдагдах трансферазууд нь фосфатын өндөр энергитэй ATP молекулаас субстрат руу шилжих процессыг идэвхжүүлдэг киназууд юм. Эсийн бодисын солилцоонд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг олон тооны киназууд байдаг.

3. Гидролаза-биологийн гидролизийн урвалыг хурдасгадаг ферментүүд. Тэд ковалент холбоог тасалдаг. хагарлын талбайд усны элементүүдийг бэхлэх. Липаза, фосфатаза, ацетилхолинэстераза, протеаз зэрэг нь гидролизийн ферментийн жишээ юм.

4. Лиаз (десмолаза)– C-C, C-O, C-N бондын задралыг гидролизийн бус аргаар давхар бонд үүсгэгч ферментүүд. Үүний нэг жишээ бол биоген амин адреналин ба норэпинефриний нийлэгжилтийн гол фермент болох DOPA декарбоксилаза фермент юм.

5. Изомераза- молекулын өөрчлөлтийг хурдасгадаг ферментүүд. Энэ тохиолдолд оптик геометрийн болон байрлалын изомеруудын харилцан хувиргалт явагдана. Эпимераз ба рацемаза нь энэ ангиллын ферментүүдийн жишээ юм.

6. Лигазууд ATP гидролизийн энергийг ашиглан C-O, C-S, C-N, эсвэл C-C холбоо үүсэхийг катализатор. Фосфат нь урвалын бүтээгдэхүүнтэй ковалент холболттой эсвэл холбоогүй байж болно.

Ферментийн комисс мөн ферментийн нэр томъёоны зарчмуудыг санал болгосон. Системчилсэн болон үйл ажиллагааны нэр томъёог ашиглахыг зөвлөж байна. Системчилсэн нэршил нь ангиллын адил зарчим дээр суурилдаг - катализаторын урвалын төрөл. Эхлээд харахад нэрс нь төвөгтэй мэт боловч нэрнээс нь харахад фермент юу хийдэг нь тодорхой болно. Нэр нь хоёр хэсгээс бүрдэнэ: урвалд оролцогчдын нэр (ангиас хамааран эдгээр нь субстрат, завсрын хүлээн авагч байж болно) ба "ase" төгсгөлтэй катализаторын урвалын төрөл.

Фермент бүр нь ангиллын байрлалыг тусгасан тодорхой ферментийн кодын дугаарыг хүлээн авдаг: эхний цифр нь ферментийн ангиллыг, хоёрдугаарт - дэд анги, гурав дахь нь дэд ангиллыг тодорхойлдог. Дэд анги бүр нь ферментийн жагсаалт юм. Энэ жагсаалтад байгаа ферментийн серийн дугаар нь кодын дөрөв дэх оронтой тоо юм. Зураг 1-1-д креатин фосфокиназын кодыг харуулав - KF.2.7.3.2. Энэ фермент нь креатинины фосфоржих урвалыг хурдасгадаг. ATP ферментийн системчилсэн нэр нь креатин фосфотрансфераза юм. Энэ ферментийн ажлын нэр нь креатин киназа эсвэл креатин фосфокиназа юм.

Р 2-1 байна. Креатин фосфокиназа код ба ферментийн ангилал дахь ферментийн байр суурь

(бас үзнэ үү ТОС БОЛОВСРУУЛАХ Хими, АРГА). Эдгээр процессуудад катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг карбений ионуудын үйл ажиллагааны механизмыг тогтоосон. Ингэхдээ том молекулуудыг задлах замаар жижиг молекулууд үүсэх, молекулуудын нэгдэл (олефин-олефин эсвэл олефин-изопарафин), изомержих замаар бүтцийн өөрчлөлт, парафин, үнэрт бодис үүсэх зэрэг хэд хэдэн урвалд оролцдог. устөрөгчийг шилжүүлэх замаар нүүрсустөрөгч.

Аж үйлдвэрт хүчиллэг катализын хамгийн сүүлийн үеийн хэрэглээ бол изобутилен эсвэл изоамилен дээр спирт нэмж хар тугалгатай түлш үйлдвэрлэх явдал юм. Бензинд хүчилтөрөгч агуулсан нэгдлүүдийг нэмэх нь утааны хийн дэх нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн концентрацийг бууруулдаг. Метил-

үрнэ -109-ийн октан холих тоотой бутил эфир (MTBE) нь тетраэтил хар тугалгыг бензинд оруулахгүйгээр өндөр шахалтын харьцаатай автомашины хөдөлгүүрийг ажиллуулахад шаардлагатай өндөр октантай түлшийг авах боломжийг олгодог. Мөн 102, 111 октантай түлш үйлдвэрлэх ажлыг зохион байгуулжээ.Үндсэн катализ. Катализаторын идэвхийг үндсэн шинж чанараар нь тодорхойлдог. Ийм катализаторын эртний бөгөөд алдартай жишээ бол саван үйлдвэрлэхэд өөх тосыг гидролизжүүлэх, саванжуулахад ашигладаг натрийн гидроксид, сүүлийн нэг жишээ нь полиуретан хуванцар болон хөөс үйлдвэрлэхэд ашигладаг катализаторууд юм. Архи, изоцианаттай урвалд орсноор уретан үүсдэг бөгөөд үндсэн бодис байгаа тохиолдолд энэ урвал хурдасдаг.ил тод аминууд. Урвалын явцад изоцианатын молекул дахь нүүрстөрөгчийн атомд суурь нь наалддаг бөгөөд үүний үр дүнд азотын атом дээр сөрөг цэнэг үүсч, түүний спиртийн идэвхжил нэмэгддэг. Триэтилендиамин бол онцгой үр дүнтэй катализатор юм. Полиуретан хуванцарыг диизоцианатыг полиол (полиалкохол)-той урвалд оруулах замаар үйлдвэрлэдэг. Изоцианат устай урвалд ороход өмнө нь үүссэн уретан задарч, ялгардаг. CO2 . Поли спирт, усны холимог нь диизоцианатуудтай харилцан үйлчлэхэд үүссэн полиуретан хөөс нь хий хэлбэрээр хөөсөрдөг. CO2. Давхар үйлдэлтэй катализатор. Эдгээр катализаторууд нь хоёр төрлийн урвалыг хурдасгаж, тус бүр нь зөвхөн нэг төрлийн катализатор агуулсан хоёр реактороор урвалжуудыг цувралаар дамжуулахаас илүү сайн үр дүнд хүргэдэг. Энэ нь давхар үйлдэлтэй катализаторын идэвхтэй хэсгүүд хоорондоо маш ойрхон байдаг бөгөөд тэдгээрийн аль нэгэнд үүссэн завсрын бүтээгдэхүүн нөгөө талд нь шууд эцсийн бүтээгдэхүүн болж хувирдагтай холбоотой юм.

Устөрөгчийг идэвхжүүлдэг катализаторыг нүүрсустөрөгчийн изомержилтыг дэмждэг катализатортой хослуулснаар сайн үр дүнд хүрнэ. Устөрөгчийн идэвхжилтийг зарим металлууд, нүүрсустөрөгчийн изомержилтыг хүчилээр гүйцэтгэдэг. Нефть боловсруулахад нефтийг бензин болгон хувиргахад ашигладаг үр дүнтэй хоёр үйлдэлт катализатор нь хүчиллэг хөнгөн цагааны исэлд тулгуурласан нарийн хуваагдсан цагаан алт юм. Метилциклопентан (MCP) зэрэг нафтын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг бензол болгон хувиргах нь бензиний октаны тоог нэмэгдүүлдэг. Нэгдүгээрт, MCP нь катализаторын цагаан алтны хэсэгт усгүйжүүлж, ижил нүүрстөрөгчийн араг ястай олефин болж хувирдаг; Дараа нь олефин нь катализаторын хүчиллэг хэсэг рүү шилжиж, циклогексен болж изомерчилдог. Сүүлийнх нь цагаан алтны хэсэг рүү шилжиж, бензол, устөрөгчийг усгүйжүүлдэг.

Давхар үйлдэлтэй катализаторууд нь газрын тосны шинэчлэлтийг ихээхэн хурдасгадаг. Эдгээр нь ердийн парафиныг изомержуулахад хэрэглэгддэг. Сүүлийнх нь бензиний фракцтай ижил температурт буцалгах нь шулуун нүүрсустөрөгчтэй харьцуулахад октаны тоо өндөр байдаг тул үнэ цэнэтэй юм. Үүнээс гадна, өөрчлөлт

n -бутанаас изобутаныг усгүйжүүлэх үйл явц дагалдаж, MTBE-ийн үйлдвэрлэлийг хөнгөвчилдөг.Стерео өвөрмөц полимержилт. Түүхэн дэх чухал үйл явдалкатализ үүссэн каталитик полимержилтийн нээлта- формацтай олефинууд stereoregular x полимерууд. Катализатор руу стерео өвөрмөцполимержилт олж авсан полимерүүдийн ер бусын шинж чанарыг тайлбарлахыг оролдох үед К.Зиглер нээсэн. Өөр нэг химич Ж.Натта Зиглерийн полимерүүдийн өвөрмөц байдал нь хэвшмэл тогтворжилтоор тодорхойлогддог гэж үзсэн. Рентген туяаны дифракцийн туршилтууд нь Зиглерийн катализаторын оролцоотойгоор пропиленээс бэлтгэсэн полимерууд нь маш талстлаг бөгөөд үнэхээр стереорегляр бүтэцтэй болохыг харуулсан. Ийм эмх цэгцтэй бүтцийг тайлбарлахын тулд Натта "" гэсэн нэр томъёог нэвтрүүлсэн.изотактик " ба "синдиотактик". Захиалга байхгүй тохиолдолд "атактик" гэсэн нэр томъёог хэрэглэнэ.Шилжилтийн металлын бүлгүүдийг агуулсан хатуу катализаторын гадаргуу дээр стерео өвөрмөц урвал үүсдэг IVA - VIII (Ti, V, Cr, Zr гэх мэт ), бүрэн бус исэлдсэн төлөвт байх ба бүлгүүдийн металтай холбогдсон нүүрстөрөгч эсвэл устөрөгч агуулсан аливаа нэгдэл I - III . Ийм катализаторын сонгодог жишээ бол үүссэн тунадас юмТитаныг бууруулсан гептан дахь TiCl 4 ба Al(C 2 H 5 ) 3 гурвалсан төлөв рүү. Энэонцгой идэвхтэйСистем нь хэвийн температур, даралтад пропиленийн полимержилтийг хурдасгадаг.Каталитик исэлдэлт. Исэлдэлтийн процессын химийг хянахын тулд катализаторыг ашиглах нь шинжлэх ухаан, практикийн чухал ач холбогдолтой юм. Зарим тохиолдолд исэлдэлт бүрэн байх ёстой, жишээлбэл, автомашины утааны хий дэх CO болон нүүрсустөрөгчийн бохирдуулагчийг саармагжуулах үед.Гэсэн хэдий ч ихэнх тохиолдолд исэлдэлт нь бүрэн бус байх шаардлагатай байдаг, жишээлбэл, нүүрсустөрөгчийг -CHO, -COOH, -C-CO, -CN зэрэг функциональ бүлгүүдийг агуулсан үнэ цэнэтэй завсрын бүтээгдэхүүн болгон хувиргах үйлдвэрлэлийн олон процесст өргөн хэрэглэгддэг. Энэ тохиолдолд нэгэн төрлийн болон гетероген катализаторыг хоёуланг нь ашигладаг. Нэг төрлийн катализаторын жишээ бол исэлдүүлэхэд ашигладаг шилжилтийн металлын цогцолбор юмхос -ксиленээс терефталийн хүчил, эфир нь полиэстр материалтай утас үйлдвэрлэх үндэс болдог.Гетероген исэлдэлтийн катализаторууд. Эдгээр катализаторууд нь ихэвчлэн нарийн төвөгтэй хатуу исэл юм. Каталитик исэлдэлт нь хоёр үе шаттайгаар явагддаг. Нэгдүгээрт, исэлд агуулагдах хүчилтөрөгчийг оксидын гадаргуу дээр шингэсэн нүүрсустөрөгчийн молекул барьж авдаг. Энэ тохиолдолд нүүрсустөрөгч нь исэлдэж, исэл нь багасдаг. Багассан исэл нь хүчилтөрөгчтэй урвалд орж, анхны төлөвтөө буцаж ирдэг. Ванадийн катализатор ашиглан нафталин эсвэл бутаныг бүрэн бус исэлдүүлэх замаар фталийн ангидридыг гаргаж авдаг.Метаныг дегидродимержуулах замаар этилен үйлдвэрлэх. Дегидродимержих замаар этилений нийлэгжилт нь байгалийн хийг илүү амархан зөөвөрлөх боломжтой нүүрсустөрөгч болгон хувиргадаг. Урвал 2CH 4 + 2O 2 ® C 2 H 4 + 2H 2 O нь 850 ° -д явагддаг. C янз бүрийн катализатор ашиглан; хамгийн сайн үр дүнг катализаторын тусламжтайгаар олж авдаг Li-MgO . Метан молекулаас устөрөгчийн атомыг ялган авах замаар метилийн радикал үүсэх замаар урвал явагддаг. Устгах ажлыг бүрэн бус бууруулсан хүчилтөрөгчөөр гүйцэтгэдэг, жишээлбэл О 2 2- . Хийн фаз дахь метил радикалууд дахин нэгдэж этан молекул үүсгэх ба дараа нь усгүйжүүлэх явцад этилен болж хувирдаг. Бүрэн бус исэлдэлтийн өөр нэг жишээ бол мөнгө эсвэл төмөр-молибдений катализаторын оролцоотойгоор метанолыг формальдегид болгон хувиргах явдал юм.Цеолитууд. Цеолит нь гетероген катализаторын тусгай ангиллыг бүрдүүлдэг. Эдгээр нь эсийн хэмжээ нь олон органик молекулуудын хэмжээтэй дүйцэхүйц эмх цэгцтэй зөгийн сархинаг бүтэцтэй алюминосиликатууд юм. Тэднийг молекул шигшүүр гэж нэрлэдэг. Хамгийн их сонирхол татдаг зүйл бол цеолит бөгөөд нүх нь 8-12 хүчилтөрөгчийн ионоос бүрдэх цагиргуудаас бүрддэг (Зураг 2). Заримдаа метанолыг бензиний фракцын нүүрсустөрөгч болгон хувиргахад ашигладаг ZSM-5 цеолит (3-р зураг) шиг нүх сүв нь давхцдаг. Бензин нь их хэмжээний үнэрт нүүрсустөрөгч агуулдаг тул октаны тоо өндөр байдаг. Жишээлбэл, Шинэ Зеландад хэрэглэж буй бензиний гуравны нэгийг энэ технологийг ашиглан үйлдвэрлэдэг. Метанолыг импортын метанаас гаргаж авдаг. Y-цеолитын бүлгийг бүрдүүлдэг катализаторууд нь тэдний ер бусын хүчиллэг шинж чанараас шалтгаалан катализаторын хагарлын үр ашгийг ихээхэн нэмэгдүүлдэг. Алюминосиликатуудыг цеолитоор солих нь бензиний гарцыг 20% -иас илүү нэмэгдүүлэх боломжтой болгодог.

Нэмж дурдахад цеолит нь урвалд орж буй молекулуудын хэмжээгээр сонгомол шинж чанартай байдаг. Тэдгээрийн сонгомол чанар нь зөвхөн тодорхой хэмжээ, хэлбэрийн молекулууд дамжин өнгөрөх нүхний хэмжээгээр тодорхойлогддог. Энэ нь эхлэлийн материал болон урвалын бүтээгдэхүүнд хамаарна. Жишээлбэл, стерик хязгаарлалтын улмаас

хос -ксилол нь илүү том хэмжээтэй харьцуулахад амархан үүсдэгорто- Тэгээд мета - изомерууд. Сүүлд нь цеолитын нүхэнд "түгжигдсэн" байдаг (Зураг 4).

Цеолитыг ашиглах нь үйлдвэрлэлийн зарим технологид жинхэнэ хувьсгал хийсэн - хийн тос, хөдөлгүүрийн тосыг лавгүйжүүлэх, анхилуун үнэрт нэгдлүүдийг алкилизаци хийх замаар хуванцар үйлдвэрлэх химийн зуучлагчийг олж авах, ксилолыг изомержуулах, толуолын диспропорциональ байдал, газрын тосны каталитик хагарал. Цеолит нь энд онцгой үр дүнтэй байдаг

ZSM-5. Катализатор ба байгаль орчныг хамгаалах. Агаарын бохирдлыг бууруулахын тулд катализатор ашиглаж эхэлсэн 19 40 он. 1952 онд А.Хаген-Смит яндангийн хийнд агуулагдах нүүрсустөрөгч, азотын исэл нь гэрэлд урвалд орж исэлдүүлэгч бодис (ялангуяа озон) үүсгэдэг бөгөөд энэ нь нүдийг цочроож, бусад хүсээгүй нөлөө үзүүлдэг болохыг тогтоожээ. Ойролцоогоор яг тэр үед Ю.Хоудри яндангийн хийг исэлдүүлэх замаар катализатороор цэвэрлэх аргыг боловсруулсан. CO хүртэл нүүрсустөрөгчид CO 2 ба H 2 A. 1970 онд Цэвэр агаарын тунхаглалыг (1977 онд боловсронгуй болгож, 1990 онд өргөжүүлсэн) боловсруулсан бөгөөд үүний дагуу 1975 оны загвараас эхлэн бүх шинэ машинууд катализатороор тоноглогдсон байх ёстой. Яндангийн хийн найрлагын стандартыг тогтоосон. Бензиний хорт катализаторт хар тугалгын нэгдлүүдийг нэмдэг тул үе шаттайгаар зогсоох хөтөлбөрийг баталсан. Мөн азотын ислийн агууламжийг бууруулах шаардлагад анхаарлаа хандуулав.

Катализаторыг тусгайлан автомашины саармагжуулагчид зориулж бүтээсэн бөгөөд үүнд идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг зөгийн сархинаг бүтэцтэй керамик субстрат дээр түрхэж, яндангийн хий дамждаг. Субстрат нь металл ислийн нимгэн давхаргаар бүрсэн, жишээлбэл.

Al2O3 , дээр нь катализатор хэрэглэдэг - цагаан алт, палладий эсвэл роди. Дулааны цахилгаан станцад байгалийн түлш шатаах явцад үүссэн азотын ислийн агууламжийг утааны хийн дээр бага хэмжээний аммиак нэмж, титан ванадийн катализатороор дамжуулснаар бууруулж болно.Ферментүүд. Ферментүүд нь амьд эсийн биохимийн процессыг зохицуулдаг байгалийн катализатор юм. Тэд эрчим хүчний солилцоо, шим тэжээлийг задлах, биосинтезийн урвалд оролцдог. Тэдгээргүйгээр олон нарийн төвөгтэй органик урвал явагдах боломжгүй. Ферментүүд нь энгийн температур, даралтад ажилладаг, маш өндөр сонгомол байдаг бөгөөд урвалын хурдыг найман шатлалаар нэмэгдүүлэх чадвартай. Эдгээр давуу талыг үл харгалзан зөвхөн ойролцоогоор. Мэдэгдэж байгаа 15,000 ферментийн 20 нь өргөн цар хүрээтэй хэрэглэгддэг.

Хүн хэдэн мянган жилийн турш ферментийг талх нарийн боов, согтууруулах ундаа, бяслаг, цуу үйлдвэрлэхэд ашиглаж ирсэн. Одоо ферментийг үйлдвэрлэлд ашигладаг: элсэн чихэр боловсруулах, синтетик антибиотик, амин хүчил, уураг үйлдвэрлэхэд. Угаалгын нунтаг дээр гидролизийн процессыг хурдасгадаг протеолитик ферментийг нэмдэг.

Бактерийн тусламжтайгаар

Clostridium acetobutylicum H. Weizmann нь цардуулыг ацетон, бутилийн спирт болгон ферментийн хувиргах ажлыг гүйцэтгэсэн. Ацетон үйлдвэрлэх энэ аргыг дэлхийн нэгдүгээр дайны үед Англид өргөн хэрэглэж байсан бол дэлхийн хоёрдугаар дайны үед ЗХУ-д бутадиен резин үйлдвэрлэхэд ашиглаж байжээ.

Пенициллиний нийлэгжилтэнд бичил биетний үйлдвэрлэсэн фермент, түүнчлэн стрептомицин, витаминыг ашиглах нь маш чухал үүрэг гүйцэтгэсэн.

В12. Ферментийн процессоор үүссэн этилийн спиртийг автомашины түлш болгон өргөн ашигладаг. Бразилд 10 сая орчим автомашины гуравны нэгээс илүү нь чихрийн нишингээс гаргаж авсан 96% этилийн спиртээр ажилладаг бол үлдсэн хэсэг нь бензин, этилийн спиртийн холимог (20%) дээр ажилладаг. Бензин, спиртийн холимог түлш үйлдвэрлэх технологи нь АНУ-д сайн хөгжсөн. 1987 онд ойролцоогоор. 4 тэрбум литр архи, үүнээс ойролцоогоор 3.2 тэрбум литрийг түлш болгон ашигласан. гэж нэрлэгддэг бас янз бүрийн програм олдог. хөдөлгөөнгүй ферментүүд. Эдгээр ферментүүд нь цахиурын гель гэх мэт хатуу тулгууртай холбогддог бөгөөд тэдгээрийн дээгүүр урвалжууд дамждаг. Энэ аргын давуу тал нь субстратын ферменттэй үр дүнтэй холбоо тогтоох, бүтээгдэхүүнийг салгах, ферментийг хадгалах явдал юм. Хөдөлгөөнгүй ферментийн үйлдвэрлэлийн хэрэглээний нэг жишээ бол изомержилт юмД - глюкозыг фруктоз болгон хувиргана. ТЕХНОЛОГИЙН АСПЕКТ Орчин үеийн технологийг катализаторгүйгээр төсөөлөхийн аргагүй. 650 хүртэл температурт катализаторын урвал явагдаж болно° C ба 100 атм ба түүнээс дээш даралттай. Энэ нь хийн болон хатуу бодисын хоорондох холбоо, катализаторын тоосонцорыг шилжүүлэхтэй холбоотой асуудлыг шийдэх шинэ шийдлүүдийг шаарддаг. Үйл явцыг үр дүнтэй болгохын тулд түүний загварчлал нь кинетик, термодинамик, гидродинамик талыг харгалзан үзэх ёстой. Энд компьютерийн загварчлал, технологийн процессыг хянах шинэ хэрэгсэл, аргууд өргөн хэрэглэгддэг.

1960 онд аммиакийн үйлдвэрлэлд ихээхэн ахиц дэвшил гарсан. Илүү идэвхтэй катализатор ашиглах нь усны уур задрах явцад устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн температурыг бууруулах боломжийг олгосон бөгөөд энэ нь даралтыг бууруулж, улмаар үйлдвэрлэлийн зардлыг, жишээлбэл, хямд төвөөс зугтах компрессор ашиглах замаар бууруулах боломжийг олгосон. . Үүний үр дүнд аммиакийн өртөг хагас дахин буурч, түүний үйлдвэрлэл асар их нэмэгдэж, үүнтэй холбоотойгоор аммиак нь үнэ цэнэтэй бордоо учраас хүнсний үйлдвэрлэл нэмэгдсэн.

Арга зүй. Катализаторын судалгааг уламжлалт болон тусгай аргуудыг ашиглан хийдэг. Цацраг идэвхт микроскоп, рентген, хэт улаан туяаны болон Раман (Раман) спектроскопи, электрон микроскопийн аргуудыг ашигладаг; Кинетик хэмжилтийг хийж, катализатор бэлтгэх аргын тэдгээрийн үйл ажиллагаанд үзүүлэх нөлөөг судалж байна. Янз бүрийн даралт дахь азотын физик шингээлтийг хэмжихэд үндэслэн Брунауэр-Эмметт-Теллерийн аргыг (BET арга) ашиглан катализаторын гадаргуугийн талбайг тодорхойлох нь маш чухал юм. Үүнийг хийхийн тулд катализаторын гадаргуу дээр нэг давхарга үүсгэхэд шаардагдах азотын хэмжээг тодорхойлж, молекулын диаметрийг мэдэх хэрэгтэй. N 2 , нийт талбайг тооцоол. Гадаргуугийн нийт талбайг тодорхойлохын зэрэгцээ янз бүрийн молекулуудын химисорбцийг хийдэг бөгөөд энэ нь идэвхтэй төвүүдийн тоог тооцоолох, тэдгээрийн шинж чанарын талаархи мэдээллийг авах боломжийг олгодог.

Судлаачид катализаторын гадаргуугийн бүтцийг атомын түвшинд судлах янз бүрийн аргуудтай байдаг. Энэ арга нь бидэнд өвөрмөц мэдээлэл олж авах боломжийг олгодог

EXAFS . Спектроскопийн аргуудын дотроос хэт ягаан туяа, рентген болон Auger фотоэлектрон спектроскопи улам бүр ашиглагдаж байна. Хоёрдогч ионы массын спектрометр ба ионы тархалтын спектроскопи нь ихээхэн сонирхол татдаг. NMR хэмжилтийг катализаторын цогцолборын шинж чанарыг судлахад ашигладаг. Сканнердах хонгилын микроскоп нь катализаторын гадаргуу дээрх атомуудын байрлалыг харах боломжийг олгодог. ХӨТӨЛБӨР Аж үйлдвэрийн катализаторын үйл явц жил бүр нэмэгдэж байна. Хүрээлэн буй орчныг бохирдуулж буй бодисыг саармагжуулахын тулд катализаторыг улам ихээр ашигладаг. Хий, нүүрснээс нүүрсустөрөгч, хүчилтөрөгч агуулсан синтетик түлш үйлдвэрлэхэд катализаторын үүрэг нэмэгдэж байна. Түлшний энергийг цахилгаан эрчим хүч болгон хэмнэлттэй хувиргах түлшний эсийг бий болгох нь маш ирээдүйтэй юм шиг санагдаж байна.

Катализийн шинэ ойлголтууд нь олон үнэ цэнэтэй шинж чанартай полимер материал болон бусад бүтээгдэхүүнийг олж авах, эрчим хүч олж авах аргыг сайжруулах, хүнсний үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлэх, ялангуяа бичил биетний тусламжтайгаар алкан, аммиакаас уураг нийлэгжүүлэх боломжийг олгоно. Байгалийн биологийн катализаторт катализаторын идэвх, сонгомол чанараараа ойртдог фермент, металл органик нэгдлүүдийг үйлдвэрлэх генийн инженерчлэлийн аргыг боловсруулах боломжтой.

Уран зохиолГейтс Б.К. Каталитик үйл явцын хими . М., 1981
Боресков Г.К. Катализ. Онол ба практикийн асуултууд . Новосибирск, 1987 он
Ганкин В.Ю., Ганкин Ю.В.Катализаторын шинэ ерөнхий онол . Л., 1991
Токабе К. Катализатор ба катализаторын процесс . М., 1993

Оршил

1. Катализийн ерөнхий заалт, зарчим

2. Нэг төрлийн катализ

3. Хүчил ба суурийн катализ

4. Нийлмэл нэгдлүүдийн катализийн нэгэн төрлийн каталитик урвал

5. Ферментийн катализ

6. Гетероген катализ

Дүгнэлт

Ашигласан эх сурвалжуудын жагсаалт

Оршил

Катализ гэдэг нь катализаторын оролцоотойгоор урвалын хурдыг өөрчлөх үзэгдэл юм. Катализаторын оролцоотойгоор үүсэх урвалыг катализатор гэж нэрлэдэг. Нийт урвалын үр дүнд өөрчлөгдөөгүй, химийн урвалын хурдыг нэмэгдүүлдэг бодисыг катализатор гэж нэрлэдэг.

Маш олон төрлийн катализаторууд, тэдгээрийн үйл ажиллагааны олон янзын механизмууд байдаг. Катализатор нь эхлээд холбогдож, дараа нь дахин сэргэж, дахин холбогддог гэх мэт олон удаа дамждаг. Катализатор нь урвалыг өөр замаар, катализатор байхгүй үед явагдахаас илүү хурдан явуулах боломжийг олгодог. Идэвхжүүлэх энергийг багасгах, экспоненциалын өмнөх хүчин зүйлийг нэмэгдүүлэх эсвэл хоёуланг нь хурдыг нэмэгдүүлэх боломжтой.

Катализатор нь шууд болон урвуу урвалыг нэгэн зэрэг хурдасгадаг тул нийт урвалын тэнцвэрийн тогтмол байдал өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Хэрэв тийм биш байсан бол бодисыг сэргээхийн тулд катализатор ашиглан мөнхийн хөдөлгөөнт машин бүтээх боломжтой байсан.

1. Катализийн ерөнхий заалт, зарчим

Катализаторыг нэгэн төрлийн ба гетероген гэж хуваадаг. Нэг төрлийн катализатор нь урвалд орж буй бодисуудтай нэг үе шатанд байдаг бол гетероген катализатор нь урвалд орж буй бодисуудын байрлаж буй фазаас интерфэйсээр тусгаарлагдсан бие даасан фаз үүсгэдэг. Ердийн нэгэн төрлийн катализатор нь хүчил ба суурь юм. Металл, тэдгээрийн исэл ба сульфидыг гетероген катализатор болгон ашигладаг.

Ижил төрлийн урвал нь нэгэн төрлийн болон гетероген катализаторын аль алинд нь тохиолдож болно. Тиймээс хүчиллэг уусмалын хамт хатуу Al 2 O 3, TiO 2, ThO 2, алюминосиликатууд, хүчиллэг шинж чанартай цеолитуудыг ашигладаг. Үндсэн шинж чанар бүхий гетероген катализаторууд: CaO, BaO, MgO.

Гетероген катализаторууд нь дүрмээр бол өндөр хөгжсөн гадаргуутай бөгөөд тэдгээр нь идэвхгүй зөөгч (цахиурын гель, хөнгөн цагаан исэл, идэвхжүүлсэн нүүрс гэх мэт) дээр тархдаг.

Урвалын төрөл бүрийн хувьд зөвхөн тодорхой катализаторууд үр дүнтэй байдаг. Өмнө дурьдсан хүчил-суурь катализаторуудаас гадна исэлдүүлэх-бууруулах катализаторууд байдаг; тэдгээр нь шилжилтийн металл эсвэл түүний нэгдэл (Co +3, V 2 O 5 +, MoO 3) байгаагаар тодорхойлогддог. Энэ тохиолдолд шилжилтийн металлын исэлдэлтийн төлөвийг өөрчлөх замаар катализ хийдэг.

Шилжилтийн металлын атом эсвэл ион (Ti, Rh, Ni) дахь урвалжуудын зохицуулалтаар ажилладаг катализаторын тусламжтайгаар олон урвал явагддаг. Энэ төрлийн катализыг зохицуулалтын катализ гэж нэрлэдэг.

Хэрэв катализатор нь хирал шинж чанартай бол оптик идэвхгүй субстратаас оптик идэвхтэй бүтээгдэхүүнийг олж авна.

Орчин үеийн шинжлэх ухаан, технологид хэд хэдэн катализаторын системийг ихэвчлэн ашигладаг бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь урвалын янз бүрийн үе шатуудыг хурдасгадаг. Катализатор нь өөр катализаторын гүйцэтгэдэг катализаторын мөчлөгийн нэг үе шатны хурдыг нэмэгдүүлэх боломжтой. Энд "катализийн катализ" буюу хоёрдугаар түвшний катализ явагдана.

Биохимийн урвалд ферментүүд катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг.

Катализаторыг санаачлагчаас ялгах ёстой. Жишээлбэл, хэт исэл нь чөлөөт радикалууд болж задардаг бөгөөд энэ нь радикал гинжин урвалыг эхлүүлдэг. Санаачлагчид урвалын явцад зарцуулагддаг тул тэдгээрийг катализатор гэж үзэх боломжгүй.

Дарангуйлагчийг заримдаа сөрөг катализатор гэж андуурдаг. Гэхдээ жишээлбэл, радикал гинжин урвалын дарангуйлагчид чөлөөт радикалуудтай урвалд ордог бөгөөд катализатороос ялгаатай нь хадгалагддаггүй. Бусад дарангуйлагчид (катализаторын хор) катализаторыг холбож, идэвхгүй болгодог; Сөрөг катализ нь зарчмын хувьд боломжгүй юм: энэ нь урвалын замыг удаашруулж өгөх боловч урвал нь мэдээжийн хэрэг, энэ тохиолдолд катализгүй замаар явагдах болно.

Катализатор нь урвалын бүтээгдэхүүний нэг байж болно. Энэ тохиолдолд урвалыг автокаталитик гэж нэрлэдэг бөгөөд үзэгдлийг өөрөө автокатализ гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, Fe 2+ -ийг Mn0 4-тэй исэлдүүлэх үед

5Fe 2+ + Mn0 4 - + 8H+ = 5Fe 3+ + Mn 2+ +4H 2 0

үүссэн Mn 2+ ионууд нь урвалыг хурдасгадаг.

Каталитик урвал нь байгальд маш түгээмэл байдаг. Эдгээрээс хамгийн гайхалтай нь амьд организмын олон урвалыг хурдасгадаг ферменттэй урвал юм. Катализаторыг үйлдвэрлэлд өргөнөөр ашигладаг. Азотын болон хүхрийн хүчил, аммиакийн үйлдвэрлэл, синтетик резин үйлдвэрлэл гэх мэт. каталитик урвалгүйгээр боломжгүй юм. Катализаторыг эмийн бодис үйлдвэрлэхэд ашигладаг: фенацетин, гуайакол, үнэрт нэгдлүүдийн галоген дериватив гэх мэт. Катализатор болгон Mn(IV) оксид, Ni, Co, Fe, AlCl 3, TeC1 3 ашигладаг.

Нэг төрлийн ба гетероген катализ байдаг боловч тэдгээрийн аль нэгнийх нь үндсэн зарчмууд нь дараах байдалтай байна.

1. Катализатор нь урвалын энгийн үйлдэлд идэвхтэй оролцож, урвалд оролцогчдын аль нэгтэй нь завсрын нэгдлүүд, эсвэл бүх урвалд ордог бодисуудтай хамт идэвхжүүлсэн цогцолбор үүсгэдэг. Энгийн үйлдэл бүрийн дараа энэ нь шинэчлэгдэж, урвалд орж буй бодисын шинэ молекулуудтай харилцан үйлчилж чаддаг.

2. Катализаторын урвалын хурд нь катализаторын хэмжээтэй пропорциональ байна.

3. Катализатор нь үйл ажиллагааны сонголттой байдаг. Энэ нь нэг урвалын хурдыг өөрчилж, нөгөө урвалын хурдад нөлөөлөхгүй.

4. Катализатор нь урвалыг өөр замаар, катализатор байхгүй үед явагдахаас илүү хурдтай явуулах боломжийг олгодог.

Идэвхжүүлэх энергийг багасгах, экспоненциалын өмнөх хүчин зүйлийг нэмэгдүүлэх эсвэл хоёуланг нь хурдыг нэмэгдүүлэх боломжтой. Жишээлбэл, ацетальдегидийн CH 3 CHO CH 4 + CO-ийн дулааны задрал нь иодын уураар катализ болдог бөгөөд энэ нь идэвхжүүлэх энергийг ~55 кЖ/моль-ээр бууруулдаг. Энэ бууралт нь хурдны тогтмолыг ойролцоогоор 10,000 дахин нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.

5. Катализатор нь термодинамикийн тэнцвэрийн байрлалд нөлөөлөхгүй. Энэ нь урагш болон урвуу урвалын хурдыг ижил хэмжээгээр өөрчилдөг.

6. Промотор гэж нэрлэгддэг зарим бодисыг нэмснээр катализаторын идэвхжил нэмэгддэг; дарангуйлагч нэмэх нь урвалын хурдыг бууруулдаг.

2. Нэг төрлийн катализ

Нэг төрлийн катализаторын хувьд катализатор нь нэгэн төрлийн уусмал дахь молекул эсвэл ион юм. Нэг төрлийн катализын хувьд катализатор болон бүх урвалжууд нь нэг нийтлэг фаз үүсгэдэг.

Нэг төрлийн катализын онолын гол таамаглал нь урвалын явцад катализаторын урвалд орох бодисуудтай тогтворгүй завсрын нэгдлүүд үүсч, улмаар катализаторын нөхөн сэргэлтээр задардаг гэсэн санаа юм.

A + B + K = (A-B-K)* D + K

Энэ урвалын хурд

v=k nв Ав Бв К

катализаторын концентрацтай пропорциональ бөгөөд хурдны тогтмол нь Аррениусын тэгшитгэлд захирагдана. Энэ урвал нь хоёр үе шатанд тохиолдож болно:

катализийн нэгэн төрлийн хүчиллэг ферментийн гетероген

Энэ тохиолдолд хоёр тохиолдол байж болно. Эхнийх нь катализатор болон анхны бүтээгдэхүүн болох цогцолборын задралын хурд нь эцсийн бүтээгдэхүүн үүсэх хоёр дахь шатны хурдаас хамаагүй өндөр байна. Иймээс энэ төрлийн катализ дахь Arrhenius цогцолбор гэж нэрлэгддэг цогцолборуудын концентраци бага байдаг. Хоёр дахь тохиолдолд цогцолборын задралын хурдыг хоёр дахь шатны хурдтай харьцуулж болно. Завсрын цогцолборын концентраци нь мэдэгдэхүйц бөгөөд хөдөлгөөнгүй байдаг. Энэ төрлийн цогцолборыг вант Хоффын цогцолбор гэж нэрлэдэг.

Илүү ердийн хоёр дахь тохиолдлыг илүү нарийвчлан авч үзье. Завсрын нэгдэл АА нь эхлэл бодисуудтай тэнцвэрт байдалд байгаа тул шууд (v 1) ба урвуу (v 2) урвалын хурд (1) тэнцүү байх ёстой. Тэдгээрийн кинетик тэгшитгэлийг эмхэтгэснээр бид дараахь зүйлийг олж авна.

Хаана (хамт руу"-- Хамт АК") -- урвалд ороогүй катализаторын концентраци; -тай А, Хамт А.К."-- А болон завсрын АА бодисын тэнцвэрт концентраци тус тус.

(2) -аас бид завсрын нэгдлийн концентрацийг олно.

Бүх үйл явцын нийт хурдыг (v) хамгийн удаан, энэ тохиолдолд хоёр дахь үе шатын хурдаар тодорхойлно. Дараа нь

Завсрын нэгдлийн (3) концентрацийг (4)-д орлуулснаар бид дараахь зүйлийг олж авна.

Тэгшитгэл (5) нь хоёр хязгаарлалтын горим байх боломжийг харуулж байна.

Аль ч тохиолдолд урвалын хурд нь катализаторын концентрацтай шууд пропорциональ байдаг боловч эхлэлийн материалтай харьцуулахад урвалын дараалал өөр байна. Эхний тохиолдолд энэ нь хоёр, хоёр дахь нь нэг юм. Хязгаарлалтын дэглэмээс гадуур урвалын дараалал нь бутархай байх болно.

Нэг төрлийн катализын жишээ бол иодын уураар катализлагдсан ацетальдегидийн CH 3 SON CH 4 + CO-ийн дулааны задралын урвал юм. Иодын уур байхгүй тохиолдолд Э А=191.0 кЖ/моль, тэдгээрийн дэргэд Э А= 136.0 кЖ/моль. Хурдны тогтмол нь 10,000 дахин нэмэгддэг. Энэ нь хариу үйлдэл нь хоёр үе шаттайгаар явагддаг тул тохиолддог.

CH 3 SON + I 2 = CH 3 I + HI + CO

CH 3 I + HI = CH 4 + I 2

Үе шат бүрийн идэвхжүүлэх энерги нь катализаторын бус урвалын идэвхжүүлэх энергиэс бага байна.

Нэг төрлийн катализ нь олон хүчил-суурь урвал, цогцолбор үүсгэх урвал, исэлдэлтийн урвал, олон тооны устөрөгчжүүлэлтийн урвал, сульфидын урвал гэх мэтийг агуулдаг.

3. Хүчил ба суурийн катализ

Олон урвал дахь хүчил ба шүлтүүд нь катализаторын үүргийг гүйцэтгэдэг, өөрөөр хэлбэл урвалд оролцохдоо өөрсдөө зарцуулагддаггүй (гидролиз, алкилизаци, эфиржилт гэх мэт. Хүчил шүлтийн катализ нь гурван төрөл байдаг:

1) H + эсвэл OH - ионууд нь катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг өвөрмөц хүчил (суурь) катализ;

2) аливаа протон донор (хүлээн авагч) гүйцэтгэдэг ерөнхий хүчил (суурь) катализ;

3) хүчил ба Льюисын сууриулалтаар явагддаг электрофил (нуклеофилик) катализ.

Эхний захиалгын хурдны тогтмол кбуфер уусмал дахь урвалын хувьд шугаман функц байж болно [H + ], [OH - ], [HA], [A - ], өөрөөр хэлбэл:

k = k 0 + k 1 [H+] + k 2 [OH - ] + k 3 [HA] + k 4 [A - ]

Энэ илэрхийлэлд к 0 -- бүх катализаторын ион байхгүй үед эхний эрэмбийн хурдны тогтмол: [H + ], [OH - ], [HA], [A - ], a k t -- катализаторын коэффициент.

Хэрэв зөвхөн k 1 [H + ] гэсэн нэр томъёо чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бол тэд урвал нь устөрөгчийн ионоор тодорхой катализ үзүүлдэг гэж хэлдэг. Хэрэв гишүүн давамгайлсан бол к 3 [HA], дараа нь тэд урвал нь ерөнхий хүчиллэг катализаторд өртдөг гэж хэлдэг. Хэрэв гишүүн давамгайлсан бол к 4 [A - ], дараа нь урвалыг ерөнхий үндсэн катализ гэж нэрлэдэг.

Өвөрмөц хүчил шүлтийн катализийн хувьд каталитик бус урвалын хурд бага байх үед (к 0 = 0), логарифм хэлбэрээр илэрхийлж болно:

Хүчиллэг уусмалын хувьд:

Шүлтлэг уусмалын хувьд:

Тодорхой хүчил-суурь катализын үед хурдны тогтмолын логарифм нь орчны рН-ээс шугаман хамааралтай болохыг тэгшитгэл харуулж байна.

Устөрөгчийн ионуудын катализаторын үйл ажиллагааны механизм нь протон ба эхлэл бодисын молекулын завсрын нэгдэл үүсдэг. Энэ процессын улмаас эхлэлийн бодист агуулагдах химийн холбоо суларч, идэвхжүүлэх энерги багасч, улмаар BH + -ийн протонжсон хэлбэр нь урвалын бүтээгдэхүүн болон катализатор болж задардаг.

4. Нийлмэл нэгдлүүдийн катализийн нэгэн төрлийн каталитик урвал

Үйлдвэрлэлийн нөхцөлд багасгах, устөрөгчжүүлэх, исэлдүүлэх, изомержих, полимержих урвалыг катализатор - нарийн төвөгтэй нэгдлүүд (үелэх хүснэгтийн VIII бүлгийн металлын ионууд Fe, Co, Ni, Ru, түүнчлэн Cu, Fg, Hg) -ийн оролцоотойгоор гүйцэтгэдэг. , Cr, Mn). Катализаторын үйл ажиллагааны мөн чанар нь металлын ионууд электрон хандивлагч эсвэл хүлээн авагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Төв металлын ионы эргэн тойронд зохицуулагдсан урвалд орж буй молекулуудын хоорондох химийн харилцан үйлчлэл нь молекулуудын туйлшрал, бие даасан бондын энергийн бууралтаар хөнгөвчилдөг. Төв металлын ион нь урвалж буй молекулуудын хоорондох электрон шилжилтийг хөнгөвчлөх гүүрний үүрэг гүйцэтгэдэг.

Металлын ионы катализаторын идэвхжил нь ионыг урвалд оролцогчидтой холбох энергиэс хамаарна. Хэрэв холболтын энерги их эсвэл бага байвал металлын ион сул катализаторын идэвхийг харуулдаг. Эхний тохиолдолд металлын ионууд урвалд орж буй молекулуудтай маш нягт холбогддог тул тэдгээрийг урвалаас зайлуулдаг. Хоёрдахь тохиолдолд урвалд орж буй молекулууд уусмалд агуулагдах бусад лигандыг нүүлгэж чадахгүй. Үр дүн нь идэвхтэй катализатор биш зохицуулалтаар ханасан цогцолборууд юм.

Нарийн төвөгтэй катализаторын найрлагыг зохицуулах өргөн боломжуудын ачаар VIII бүлгийн элементүүдийн ионуудыг агуулсан ферментүүдтэй холбоотой хэд хэдэн урвалыг дуурайлган хийх боломжтой болсон.

5. Ферментийн катализ

Ферментүүд бол хамгийн гайхалтай катализатор юм. Эдгээр нь амьд организмын олон урвалтай холбоотой байдаг тул тэдгээрийг биологийн катализатор гэж нэрлэдэг. Ферментийн катализ нь ердийн катализаас илүү төвөгтэй үзэгдэл юм. Ферментийн катализийн үйл явцын өндөр зохион байгуулалт нь амьд организмын харилцан үйлчлэлийн онцлог шинж чанараар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь фермент ба субстратын молекулын бүтцийн тусгай хослолтой холбоотой бөгөөд эдгээрийг ферментийн урвалын урвалд ордог бодис гэж нэрлэдэг.

Ферментүүд нь уураг, өөрөөр хэлбэл. пептидийн бондоор холбогдсон амин хүчлүүдээс тогтдог. Ферментийн молекул нь COOH, NH 2, NH, OH, SH гэх мэт туйлын бүлгүүд, түүнчлэн гидрофобик бүлгүүдтэй. Ферментийн анхдагч бүтэц нь янз бүрийн амин хүчлүүдийн ээлжийн дарааллаар тодорхойлогддог. Дулааны эмх замбараагүй хөдөлгөөний үр дүнд ферментийн макромолекул нугалж, сул бөмбөлөг хэлбэртэй болдог. Полипептидийн гинжин хэлхээний бие даасан хэсгүүдийн хооронд молекул хоорондын харилцан үйлчлэл үүсч, устөрөгчийн холбоо үүсэхэд хүргэдэг. Ферментийн хоёрдогч бүтэц нь сул орчин хэлбэрээр илэрдэг. Фермент бүрийн хувьд хоёрдогч бүтэц сайн тодорхойлогддог. Ферментийн идэвхтэй каталитик төв нь субстратын молекулуудыг тодорхой байрлалд чиглүүлдэг бүлгүүдийг агуулдаг. Идэвхтэй төв нь зөвхөн тодорхой бүтцийн молекул орох боломжтой матрицтай адил юм. Ферментийн катализын механизм нь ферментийн идэвхтэй төвүүдийн субстраттай харилцан үйлчлэлцэж, фермент-субстратын цогцолбор үүсэхээс бүрддэг бөгөөд дараа нь хэд хэдэн өөрчлөлтөд ордог бөгөөд үүний үр дүнд урвалын бүтээгдэхүүн гарч ирдэг. Завсрын үе шат бүр нь бага идэвхжүүлэлтийн эрчим хүчээр тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь урвал хурдан явагдахад хувь нэмэр оруулдаг. Энэ нь ферментийн өндөр идэвхжилийг тайлбарладаг.

Ферментүүдийг ямар төрлийн урвалыг хурдасгаж байгаагаас хамааран ангиудад хуваадаг: оксидоредуктаза (редокс урвалыг катализатор), трансфераза (химийн бүлгийг нэг нэгдлээс нөгөөд шилжүүлэх), гидролаза (гидролизийн урвалыг катализатор), лиаза (янз бүрийн холбоог таслах) , изомераза (изомер хувиргалт хийх), лигаза (синтезийн урвалыг катализатор). Эндээс харахад ферментүүд нь өвөрмөц, сонгомол байдлаараа ялгаатай байдаг. Зарим нь тодорхой төрлийн бүх төрлийн урвалыг хурдасгадаг бол зарим нь зөвхөн нэг урвалыг хурдасгадаг.

Олон фермент нь металлын ион (металлоэнзим) агуулдаг. Металлоферментүүдэд металлын ионууд нь ферментийн идэвхтэй бүтцийг хангадаг хелатын цогцолбор үүсгэдэг. Хувьсах исэлдэлтийн төлөвтэй металууд (Fe, Mn, Cu) исэлдүүлэгч бодис руу электронуудыг шилжүүлэн исэлдүүлэх урвалд оролцдог. Устөрөгч ба электрон дамжуулах үүргийг гүйцэтгэдэг хэдэн арван органик нэгдлүүд мэдэгдэж байна. Эдгээр нь витамины деривативуудыг агуулдаг.

Хүнд металлын ионууд (Ag +, Hg +, Pb 2+) ферментийн идэвхтэй бүлгүүдийг хааж чаддаг.

Төрөл бүрийн ферментийн үйл ажиллагааг үнэлэхийн тулд молекулын үйл ажиллагааны тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн бөгөөд энэ нь минутанд нэг ферментийн молекулын нөлөөн дор хувирсан субстратын молекулуудын тоогоор тодорхойлогддог. Хамгийн идэвхтэй мэдэгдэж байгаа фермент бол нүүрстөрөгчийн ангидраз бөгөөд молекулын идэвхжил нь минутанд ~36 сая молекул юм.

Ферментийн катализаторын урвалын хурд нь ферментийн концентрацтай шууд пропорциональ байна. Субстратын бага концентрацитай үед урвал нь субстратын хувьд эхний дарааллаар явагддаг. Өндөр концентрацитай үед урвалын хурд тогтмол хэвээр байх ба урвалын дараалал тэг болно (фермент нь субстратаар бүрэн ханасан). Урвалын хурд нь орчны температур, хүчиллэг байдлаас хамаарна.

Ферментийн катализ нь амьд биетүүдийн тухай ярьж байгаа амьдралын бүх илрэлүүдэд асар их үүрэг гүйцэтгэдэг. Биеийн амин чухал үйл ажиллагааг нэмэгдүүлэх, бодисын солилцоог сайжруулахын тулд эм болгон ашигладаг олон ферментийн бэлдмэлүүдийг бий болгосон. Ферментийн бэлдмэлүүд нь хоол боловсруулах ферментийн хангалтгүй үйлдвэрлэлтэй холбоотой ходоод гэдэсний замын эмгэгүүдэд өргөн тархсан. Тиймээс гастритын зарим хэлбэрийн хувьд пепсин эсвэл панкреатин эмийг хэрэглэдэг. Ферментийг их хэмжээгээр хуримтлагдсан уургийн формацыг устгах шаардлагатай тохиолдолд (түлэгдэлт, идээт шарх, уушигны үрэвсэлт үрэвсэл гэх мэт) амжилттай ашигладаг. Эдгээр тохиолдолд протолит ферментийг ашигладаг бөгөөд энэ нь уургийн хурдацтай гидролиз болж, идээт хуримтлалыг шингээхэд хүргэдэг. Олон тооны халдварт өвчнийг эмчлэхийн тулд зарим эмгэг төрүүлэгч бактерийн мембраныг устгадаг лизоцимийн бэлдмэлийг хэрэглэдэг. Цусны бүлэгнэл (цусны судас доторх цусны бүлэгнэл) уусгах ферментүүд нь маш чухал юм. Энэ нь цусан дахь плазмин юм; нойр булчирхайн ферментүүд - трипсин ба химотрипсин. Тэдгээрийн үндсэн дээр янз бүрийн нэмэлтүүдээр эмийн ферментийн бэлдмэлүүдийг бий болгосон - анагаах ухаанд хэрэглэдэг стрептокиназа, стрептаза гэх мэт.

6. Гетероген катализ

Интерфэйс дээр гетероген катализ үүсдэг. Анхны ажиглагдсан гетероген каталитик урвал бол Пристлигийн (1778) явуулсан идэвхтэй шавар дээр этилийн спиртийг усгүйжүүлэх явдал байв.

C 2 H 5 OH -- C 2 H 4 + H 2 O

19-р зууны эхний хагаст гетероген катализийн талаар олон тооны бүтээлүүд зориулагдсан байв. Хатуу бодисын катализаторын үйл ажиллагааны онолын тайлбарт их ажил зориулагджээ. Дараа нь сургаалын хөгжил нь туршилтын өгөгдөл хуримтлуулах, катализатор бэлтгэх аргыг боловсруулах, катализаторын шинэ процессыг нээх, судлах, химийн үйлдвэрлэлд катализ нэвтрүүлэх, гетероген катализын онолыг хөгжүүлэх зэрэг үйл явцын дараа явагдсан. . Гэсэн хэдий ч онолчдын амжилт нь туршилтчдын амжилтаас хамаагүй даруухан байв. Мөн энэ нь санамсаргүй хэрэг биш юм.

Хэдийгээр катализатор ба каталитик бус үйл явцын хооронд үндсэн ялгаа байхгүй ч хоёулаа химийн кинетикийн хуулиудыг дагаж мөрддөг боловч хоёр тохиолдолд урвалд орж буй бодисын систем нь зарим тусгай идэвхтэй төлөвөөр дамждаг бөгөөд гетероген каталитик урвалд өвөрмөц шинж чанарууд ажиглагддаг. Юуны өмнө бүх үзэгдлүүд нь шинж чанараас ихээхэн хамаардаг хатуу биет гарч ирдэг. Тиймээс гетероген катализын онолын амжилт нь хатуу төлөвийн онолын хөгжилтэй салшгүй холбоотой байдаг нь тохиолдлын хэрэг биш юм. Уг процесс нь гадаргуу дээр явагддаг тул катализаторын гадаргуугийн бүтцийн талаархи мэдлэг нь катализын онолыг хөгжүүлэхэд шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь катализын онолын хөгжил ба шингээлтийн үзэгдлийн туршилтын болон онолын судалгааг хөгжүүлэх хооронд нягт уялдаатай байгааг харуулж байна. Нэг төрлийн бус үйл явцын нарийн төвөгтэй байдал, тэдгээрийн өвөрмөц онцлог нь энэ чиглэлийн онолын судалгаа хараахан дуусаагүй байгааг харуулж байна. Одоогоор бид хэд хэдэн онолын үзэл баримтлал байгаа талаар ярьж болно, энэ нь эхлээд ойролцоогоор тодорхой туршилтын баримтуудыг нэгтгэдэг.

Практикт хоёр төрлийн гетероген катализ ихэвчлэн тулгардаг.

1) катализатор нь хатуу үе шатанд, урвалд ордог бодисууд нь шингэн үе шатанд байгаа процессууд;

2) катализатор нь хатуу үе шатанд, урвалд ордог бодисууд нь хийн үе шатанд байгаа процессууд. Дүрмээр бол урвал нь фазын хил дээр тохиолддог (мөн зарим олон үе шаттай үйл явц эхэлдэг), өөрөөр хэлбэл. хатуу биеийн гадаргуу дээр - катализатор.

Нэг төрлийн бус үйл явцыг таван үе шатанд хувааж болно.

1) урвалж бодисыг катализаторын гадаргуу руу зөөвөрлөх (диффуз);

2) катализаторын гадаргуу дээр урвалд орох бодисыг шингээх;

3) гадаргуу дээрх урвал;

4) катализаторын гадаргууг суллах замаар урвалын бүтээгдэхүүнийг десорбцлох;

5) урвалын бүтээгдэхүүнийг эзэлхүүн рүү тээвэрлэх (тархалт).

Үйл явцын нөхцөл, түүний онцлогоос хамааран таван үе шатын аль нэг нь хамгийн удаан байж болох тул катализаторын үйл явцын хурдыг тэдгээрийн аль нэгээр нь хязгаарлаж болно. Катализаторын үйл ажиллагааны харьцуулсан үнэлгээний хувьд гадаргуу дээрх урвалын хурд шийдвэрлэх үүрэгтэй. Тиймээс, катализаторын идэвхжлийн утгыг олж авах нь чухал тохиолдолд хурдыг кинетик гэж нэрлэгддэг хоёр дахь үе шатаар тодорхойлох замаар үйл явцыг явуулахыг хичээдэг.

Адсорбци ба десорбци нь өөрийн гэсэн хуультай байдаг. Гадаргуу дээр шингээх процесс явагддаг бодисыг нэрлэдэг шингээгч. Шингээсэн бодисыг нэрлэдэг шингээх. Гетероген катализын үед шингээгч нь катализатор, адсорбат нь урвалд орох бодисын молекул (субстрат) юм. Катализатор дээр субстратыг шингээх нь гадаргуу дээр байрлах катализаторын молекулууд (атомууд) ба субстратын молекулуудын (физик шингээлт) хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүчний улмаас хийгдэж болно. Химийн харилцан үйлчлэл (химийн шингээлт эсвэл химисорбци) нь катализаторын молекулууд (атомууд) болон урвалжийн молекулуудын хооронд үүсч болно. Шингээлтийн үр дүнд системийн дараалал нэмэгдэж, системийн энерги буурч, урвалын идэвхжих энерги буурдаг.

Гетероген процессуудын хувьд бодисын шингэн эсвэл хийн дотоод эзэлхүүнээс хатуу гадаргуу руу шилжих нь онцгой ач холбогдолтой юм. Масс дамжуулах үйл явц нь тархалтын хуулиудад захирагддаг.

Дүгнэлт

Газрын тос боловсруулах, нефть химийн салбарт катализатор ба катализаторын үйл явцын ач холбогдлыг үнэлж баршгүй. Эцсийн эцэст тэдгээр нь орчин үеийн хүний ​​нийгмийн хэрэгцээг хангах хамгийн чухал салбар дахь техникийн дэвшлийн үндэс суурь юм. Юуны өмнө, янз бүрийн талбайн тос нь ихэвчлэн бензинд тохирох бага буцалгах фракцын 5-аас 20% -ийг агуулдаг. Автомашин, агаарын тээврийн орчин үеийн хөгжлийг дагаад бензиний хэрэгцээ асар их байна. Үүний зэрэгцээ газрын тосноос шууд нэрсэн моторын түлш нь ихэвчлэн чанар муутай байдаг. Катализаторын хагарал, шинэчлэлийг орчин үеийн бусад боловсруулалтын аргуудтай хослуулан ашиглах нь өндөр түвшний бензиний гарцыг газрын тосны жингийн 75% хүртэл нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Моторын түлшийг мөн металл катализатор ашиглан нүүрсийг катализаторын устөрөгчжүүлэлтээр үйлдвэрлэдэг.

Металл ба исэлдүүлэгч катализатор дээр нүүрсустөрөгчийг цаашид катализатороор боловсруулах нь өргөн хэрэглээний бараа бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд шаардлагатай завсрын бүтээгдэхүүнийг авах боломжийг олгодог. Тэдгээрээс гаргаж авсан мономер ба полимеруудын ихэнх нь газрын тос, нүүрс, занар, байгалийн хийнээс гаргаж авсан нүүрсустөрөгч ба тэдгээрийн деривативыг боловсруулах каталитик процессын бүтээгдэхүүн юм. Эмийн бодисыг угаалгын нунтаг, будагч бодис үйлдвэрлэхэд катализаторын процесс чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Завсрын бүтээгдэхүүн (мөн органик технологийн бүтээгдэхүүн) үүсгэдэг үндсэн органик синтез нь голчлон катализаторын урвал дээр суурилдаг. Хүхрийн хүчил, аммиак, азотын хүчил зэрэг химийн бүтээгдэхүүн нь орчин үеийн нийгмийн амьдралд асар их ач холбогдолтой юм. Үндэсний эдийн засгийн бараг бүх салбар эдгээр бодис эсвэл тэдгээрийн тусламжтайгаар олж авсан бусад химийн нэгдлүүдийг хэрэглэдэг. Тэдгээрийг хэдэн арван сая тонн эрдэс бордоо үйлдвэрлэхэд ашигладаг бөгөөд үүнгүйгээр талбайн бүтээмжийг нэмэгдүүлэх, бүр хадгалах боломжгүй юм. Олон зуун хими, нефть химийн, хүнс, хөнгөн болон бусад үйлдвэрүүд хүхэр, азотын хүчил, аммиак, тэдгээрийн деривативуудыг ашигладаг. Эдгээр нэгдлүүдийг металлургийн болон металл боловсруулах үйлдвэрт мөн ашигладаг.

Үүний зэрэгцээ аммиакаас хүхрийн хүчил, аммиак, азотын хүчлийг их хэмжээгээр үйлдвэрлэх нь зөвхөн зохих катализаторыг нээж, тэдгээрийг ашиглах аргыг боловсруулсаны ачаар боломжтой болсон.

Ашигласан эх сурвалжуудын жагсаалт

1) A.P. Беляева. Физик ба коллоид хими. М.: GOETAR-Media, 2008 он

2) I.P. Мухленов. Катализаторын технологи. М.: Букинист, 2007

3) Химийн нэвтэрхий толь бичиг. - М.: Зөвлөлтийн нэвтэрхий толь бичиг, 1990 он.

4) Имьянитов Н.С. Металлын цогцолбор катализатор дахь хэд хэдэн катализаторын системүүд. // Зохицуулах хими. 1984 он.

Үүнтэй төстэй баримт бичиг

Металлын цогцолбор катализын үйл явцын мөн чанар, онцлог. Катализаторын идэвхийг тодорхойлдог металлын цогцолборын шинж чанарууд. Ферментийн катализын загварчлал. Металлын комплекс катализийн хэрэглээний талбар, давуу болон сул талууд.

тайлан, 03/16/2015 нэмэгдсэн


Нэг төрлийн катализын ерөнхий онолууд. Катализаторын үйл явцын үе шат ба урвалын хурд. Янз бүрийн хэмжээний Fe2+ катализаторын оролцоотойгоор устөрөгчийн хэт ислийн диспропорцын каталитик урвалын кинетик, урвалын хурдад рН-ийн нөлөө.

туршилт, 2012 оны 09-р сарын 18-нд нэмэгдсэн


Химийн урвалын хурдыг тодорхойлох. Катализаторын урвалын нээлтийн түүх, ойлголт, төрлүүд. Катализийн үзэгдэл, түүний физик, химийн талуудын талаархи химийн нэр хүндтэй хүмүүсийн санал бодол. Гетероген катализын механизм. Биохими дахь ферментийн катализ.

хураангуй, 11/14/2010 нэмэгдсэн


Катализ, катализатор ба катализаторын үйл явцын тухай ойлголт, тэдгээрийн төрөл бүрийн тодорхойлолт. Катализаторын урвалыг хурдасгах механизм. Химийн (биологийн бус) катализ. Хүхрийн хүчлийн оролцоотойгоор спиртээс диэтил эфирийн нийлэгжилт. Катализаторын онолууд.

хураангуй, 2009 оны 01-р сарын 26-нд нэмэгдсэн


Металл катализатор, гетероген катализаторын холимог ба олон үйлдэлт катализатор. Катализаторт тавигдах шаардлага. Гетероген катализын онолууд. Мультиплекс ба электроны онолууд. Идэвхтэй чуулгын онол. Байгалийн хий боловсруулах катализ.

курсын ажил, 2014/06/05 нэмэгдсэн


Катализийн тодорхойлолт, түүний үйлдвэрлэлд гүйцэтгэх үүрэг. Сонголт ба "химийн урвалын механизм" гэсэн ойлголтын талаархи ерөнхий санаа. Катализаторын системийг үе шат, урвалын төрлөөр ангилах. Үйлдвэрлэлийн катализаторын шингээлт ба үндсэн шаардлага.

хураангуй, 2009 оны 01-р сарын 26-нд нэмэгдсэн


Арендиазони давсыг буцалгах арга. Фенолын термодинамик хүчиллэг байдлын шинжилгээ. Фенол, хүчиллэг катализ, феноксицуний хүчлийн ациляцийн шинж чанар. Колбе-Шмиттийн урвалын онцлог, феноксицууны хүчлийг олж авах арга.

туршилт, 2012 оны 03-р сарын 28-нд нэмэгдсэн


Термохимийн сэдэв, химийн урвалын дулааны нөлөөг судлах. Химийн кинетик ба катализын үйл явцын төрлүүд. Урвалын энтальпи (дулааны нөлөө). Урвалын хурд, массын үйл ажиллагааны хууль. Химийн тэнцвэрийн тогтмол, катализаторын нөлөө.

танилцуулга, 2014/10/19 нэмэгдсэн


Ферментүүд (ферментүүд) нь сүүн хүчлийн бүтээгдэхүүнийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг биологийн катализатор юм. Ферментийн нэр томъёоны олон улсын дүрэм. Зөвхөн бөмбөрцөг хэлбэрийн уураг нь фермент байж болно. Уургийн бүтцийн түвшин. Ферментийн катализын кинетик.

хураангуй, 2009 оны 01-р сарын 26-нд нэмэгдсэн


Биологийн катализаторын тухай ойлголт, амьд систем дэх ферментийн үйл ажиллагаа, тэдгээрийн ангилал. Биологийн катализаторын идэвхжилд нөлөөлөх хүчин зүйлс. Коэнзим гэж нэрлэгддэг бодисууд. Ферментийн катализын кинетик, Михаэлис-Ментенийн тэгшитгэл.