Agar siz ushbu xabarni oʻqiyotgan boʻlsangiz, demak, saytimizga tashqi resurslarni yuklashda muammolarga duch kelmoqdamiz.

If you're behind a web filter, please make sure that the domains *.kastatic.org and *.kasandbox.org are unblocked.

Asosiy kontent

Katalizatorlarning turlari

Katalizator nima? Fermentlar, kislota-asos katalizatorlari va geterogen (sirt) kataliz. 

Asosiy tushunchalar

  • Katalizator – reaksiyaga qoʻshilganda reaksiya tezligini oshirib, oʻzi sarflanmay qoladigan modda.
  • Katalizatorlar reaksiyaning faollanish energiyasini kamaytirish yoki reaksiya mexanizmini oʻzgartirish orqali reaksiya tezligini oshiradi.
  • Fermentlar bu biokimyoviy reaksiyalarda katalizator vazifasini bajaruvchi oqsillardir.
  • Katalizatorlarning keng tarqalgan turlariga fermentlar, kislota-asosli katalizatorlar va geterogen (yoki sirt) katalizatorlar kiradi.

Kirish: kinetik nazariy tajribalar

Sizning miyangiz glyukoza oksidlanishidan energiya oladi. Glukozaning oksidlanishini quyidagi kimyoviy reaksiya asosida sodir boʻladi.
C6H12O6(q)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(s)+issiqlikΔG(25C)=2885kJmol
Bu reaksiyasiz kimyoni tasavvur qilish ancha qiyin boʻlar edi. Baxtimizga, oksidlanish 25C da ΔG<0 boʻlgani uchun termodinamik jihatdan oʻz-oʻzidan boradigan reaksiya hisoblanadi.
Glukoza birinchi marta mayizdan ajratib olinganini bilasizmi?? Rasm Wikimedia Commonsʼdan olingan, jamoatchilik huquqi asosida
Nega endi biz glyukozani olib koʻrishga harakat qilib koʻrmaymiz? Mayiz kabi yaxshi va shakarga boy yegulik toping. Biroz kislorod gazini qoʻshing (yaʼni uni havoda ushlab turing). Nima boʻladi?
Issiqlik chiqishini sezyapsizmi? Suvning paydo boʻlishi va karbonat angidrid gazining ajralib chiqishini-chi?
Ehtimol, koʻp narsa mayizga bogʻliqmasdir, balki u biroz quriydi. Glyukozaning oksidlanishi termodinamik jihatdan qulay boʻlgan reaksiya boʻlsa ham, reaksiya tezligi haqiqatan ham chinakam sekin ekani ayon boʻladi.
Reaksiya tezligi quyidagi omillarga bogʻliq:
  • Faollanish energiyasi
  • Harorat: agar siz mayizni yetarlicha yuqori haroratga qizdirsangiz, u yonib oksidlanadi
Bu ikki omil bir-biri bilan chambarchas bogʻliq: reaksiya haroratining oshishi reagent molekulalarining kinetik energiyasini oshiradi. Bu ularning energetik gʻovni bosib oʻtishi uchun yetarlicha energiyaga ega boʻlish ehtimolligini oshiradi.
Bizning tanamiz glyukozaning oksidlanishini qanday amalga oshiradi? Bizning tana haroratimiz 25C dan yuqori emasmi? Bu reaksiya bizning tanamizda qanday qilib doimiy ravishda amalga oshadi?
Biologik sistemalarda oksidlanish reaksiyasining tezligini oshirish, yaʼni past haroratlarda ham reaksiya tezroq sodir boʻlishi uchun katalizatorlardan foydalanadi. Ushbu mavzuda katalizator nimaligi va uning turlari haqida suhbatlashamiz.

Katalizator nima?

Katalizator – reaksiyaga qoʻshilganda reaksiya tezligini oshirib, oʻzi sarflanmay qoladigan modda.
  1. Oʻtish holati energiyasini pasaytirib shu orqali faollanish energiyasini pasaytiradi.
  2. Reaksiya mexanizmini oʻzgartiradi. Bu, shuningdek, oʻtish holatining tabiatini (va energiyasini) oʻzgartiradi.
Katalizatorlar hamma joyda bor! Glukozaning oksidlanishi va shu kabi koʻplab biokimyoviy jarayonlar katalizator sifatida ishtirok etadigan fermentlar (oqsillar)ga juda ham bogʻliqdir.
Katalizatorlarning boshqa keng tarqalgan turlariga quyidagilar kiradi: kislota-asosli katalizatorlar va geterogen (yoki sirt) katalizatorlar.

Masalan: karbonat angidraza

Karboangidraza fermenti karbonat angidrid (CO2) va suv (H2O) dan karbonat kislota hosil boʻlish qaytar reaksiyasini katalizlaydi. Organizmda CO2 ning konsentratsiyasi normadan koʻpaysa, karboangidraza quyidagi reaksiyaning tezligini oshiradi:
CO2+H2OH2CO3
Ferment qon va toʻqimalardagi karbonat kislotasining konsentratsiyasini boshqarish orqali organizmdagi pH ni muvozanatda ushlab tura oladi.
Odam karboangidraza II fermentining tuzilishi. Kimyo naqadar chiroyli-a? Oqsil markazidagi kulrang shar rux ionidir. Rasm Wikimedia Commonsʼdan olingan, jamoat mulki
Karboangidraza reaksiyaning tezligini eng koʻp oshiruvchi fermentlardan biridir. Bu ferment ishtirokidagi reaksiya tezligi sekundiga 104 va 106 ga teng. Eng hayratlanarlisi shuki, katalizatorsiz shu reaksiyaning tezligi sekundiga ~0,2 ga teng. Bu reaksiya tezligi ~105107 marta oshyapti degani!!
Quyidagi diagrammada karbonat angidrid va suvdan karbonat kislota hosil boʻlish reaksiyasining energetik diagrammasi keltirilgan. Katalizator ishtirokidagi reaksiya koʻk chiziq bilan, katalizatorsiz reaksiya esa qizil chiziq bilan koʻrsatilgan.
Karbonat angidrid va suvdan karbonat kislota hosil boʻlish reaksiyasining energetik diagrammasi. Katalizator (koʻk chiziq) oʻtish holati energiyasini pasaytiradi, ammo katalizatorsiz reaksiya (qizil chiziq) bilan solishtirganda ΔHreak oʻzgarmaydi. Rasm Wikimedia Commonsʼdan olingan, CC BY-SA 3.0
Katalizator reaksiyaning oʻtish holati energiyasini pasaytiradi. Faollanish energiyasi oʻtish holati energiyasi va reagent energiyasidan farqli boʻlgani sababli oʻtish holatining energiyasi pasaysa, faollanish energiyasi ham pasayadi.
Eʼtibor bering, reagentlar va mahsulotlar energiyalari katalitik va katalizatorsiz reaksiya uchun bir xil. Shuning sababli reaksiya davomida ajralib chiqqan umumiy energiya (ΔHreak) fermentni qoʻshganda oʻzgarmaydi. Bu reaksiyaning kinetikasi, yaʼni reaksiya tezligi reaksiyaning termodinamikasi bilan bevosita bogʻliq emasligini taʼkidlaydi.

Kislota-asosli katalizatorlar

Kislotali katalizda odatda katalizator vazifasini H+ ionlari bajarsa, asosli katalizda katalizator vazifasini OH ionlari bajaradi.
Kislotali katalizga saxaroza (qamish shakari deb ham nomlanadi) gidrolizi misol boʻla oladi. Saxaroza ikkita oddiy shakar (monosaxaridlar), glyukoza va fruktozadan iborat. Saxarozaga kislota yoki ferment qoʻshilsa, saxaroza quyida keltirilgan reaksiyalarda koʻrsatilganidek glyukoza va fruktozagacha parchalanadi:
Kislotali kataliz: saxaroza (qamish shakari)dan glyukoza va fruktozaning hosil boʻlishi
Reaksiyaning birinchi bosqichida saxaroza H+ (qizil rangda) bilan taʼsirlashadi va protonlangan saxarozani hosil qiladi. Protonlangan saxaroza suv (koʻk rangda) bilan taʼsirlashishi natijasida H+, bir molekula glyukoza va bir molekula fruktoza hosil boʻladi. Umumiy reaksiya tenglamasi quyidagicha:
Saxaroza+H2Okislota katalizatorligidaGlyukoza+Fruktoza
Reaksiyada davomida H+ ham reagent sifatida, ham bir vaqtning oʻzida mahsulot sifatida hosil boʻlgani sababli reaksiya davomida uning konsentratsiyasi oʻzgarmaydi, yaʼni sarflanmaydi. Shuning uchun katalizatorlar reaksiya tenglamasida reagent sifatida ham, mahsulot sifatida ham keltirilmaydi.

Geterogen va sirt katalizatorlar

Geterogen katalizatorlar reagentlar bilan bir xil agregat holatda boʻlmaydi, yaʼni turli fazada boʻladi. Masalan, reagentlar suyuq yoki gaz boʻlganda katalizator qattiq fazada boʻladi.
Geterogen katalizatorga misol qilib mashinalardagi benzin yoki dizel yoqilgʻisining katalitik konvertorini keltirishimiz mumkin. Katalitik konvertorlar qattiq fazali yuzaga oʻrnatilgan oraliq metall katalizatoridan iborat boʻladi. Qattiq fazali katalizator avtomobildan chiqayotgan zaharli gazlar bilan taʼsirlashadi va ularni oksidlanish reaksiyalarini tezlashtiradi. Natijada atrof-muhitga zaharli mahsulot masalan, is gazi va yonmaydigan gazlar kamroq ajraladi.
Katalitik konvertor tarkibidagi qattiq fazali katalizator zaharli gazlar gazlar, yonmagan yonilgʻi va mayda zarrachalar kabi chiqindilarini kamaytiradi. Chiqindi oqimi bilan reaksiyaga kirishadigan katalizatorning sirtini koʻpaytirish, yaʼni katta sirt maydoniga ega boʻlish uchun qattiq asosdan faydalaniladi. Rasm manbasi Oak Ridge National Laboratory, flickrʼdan, CC BY-NC-ND 2.0
Katalitik konvertor sirt katalizatori hisoblanadi. Reagent molekulalari reaksiyaga kirishishdan oldin qattiq yuzaga yutiladi (adsorbsiyalanadi). Reagentlarning taʼsirlashish yuzasi qanchalik katta boʻlsa, reaksiya tezligi shunchalik yuqori boʻladi. Shuning uchun katalitik konvertor tarkibidagi qattiq asos juda katta sirt maydoniga ega boʻlishi uchun gʻovakli, asalari uyasiga oʻxshash koʻrinishda tayyorlanadi. Bunday tuzilish sirt yuzasini oshiradi.
Geterogen (sirt) katalizatorlarga misol qilib polietilenga oʻxshash plastmassalar (polimerlar)ni tayyorlashda ishlatiladigan katalizatorlarni keltirish mumkin. Ushbu katalizatorlar Sigler-Natta katalizatorlari deb nomlanadi va ular plastik oʻramdan to yogurt idishlarigacha hamma narsani tayyorlashda ishlatiladi. Oraliq metall katalizatorlari boshlangʻich materiallar (monomerlar) reaksiyaga kirishishidan oldin gaz yoki eritma fazasida qattiq tayanchga joylashtiriladi.
Polietilen sunʼiy boʻgʻimlar yasashda ishlatiladi. Rentgen nurida aniq koʻrinib turgan sun'iy sondagi yumaloq metall qism-boʻgʻim polietilen xalta bilan oʻraladi. Rasm manbasi Wikimedia Commons, jamoatchilik mulki
Reagentlar gaz boʻlsa ham, hosil boʻlayotgan polimer mahsulot odatda qattiqdir. Bu reaksiyani popkorn tayyorlash jarayoniga oʻxshatish mumkin: makkajoʻxori donasi qattiq tayanchdagi katalizator hisoblanadi. Gazsimon monomerlar katalizator yuzasida reaksiyaga kirishadi va qattiq polimer mahsulot qatlamlarini hosil qiladi, yaʼni polimer "popkorn" donachalariga aylanadi. Kimyobu jodu!

Xulosa

  • Katalizator – reaksiyaga qoʻshilganda reaksiya tezligini oshirib, oʻzi sarfanmay qoladigan modda.
  • Katalizatorlar reaksiyaning faollanish energiyasini kamaytirish yoki reaksiya mexanizmini oʻzgartirish orqali reaksiya tezligini oshiradi.
  • Fermentlar bu biokimyoviy reaksiyalarda katalizator vazifasini bajaruvchi oqsillardir.
  • Katalizatorlarning keng tarqalgan turlariga fermentlar, kislota-asosli katalizatorlar va geterogen (yoki sirt) katalizatorlar kiradi.