If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Agar veb-filtrlardan foydalanayotgan boʻlsangiz *.kastatic.org va *.kasandbox.org domenlariga ruxsat berilganligini tekshirib koʻring.

Asosiy kontent

Kimyo

Course: Kimyo > Unit 17

Lesson 3: Arrenius tenglamasi va reaksiya mexanizmlari
Tabiiy fanlar
Kimyo
Kinetika
Arrenius tenglamasi va reaksiya mexanizmlari
© 2023 Khan AcademyFoydalanish shartlariMaxfiylik siyosatiCookie Notice

Katalizatorlarning turlari

Google sinfxona
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.
start text, C, end text, start subscript, 6, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 12, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 6, end subscript, left parenthesis, q, right parenthesis, plus, 6, start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis, right arrow, 6, start text, C, end text, start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis, plus, 6, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, i, s, s, i, q, l, i, k, delta, start text, G, end text, degrees, start text, left parenthesis, end text, 25, degrees, start text, C, end text, right parenthesis, equals, minus, 2885, start fraction, start text, k, J, end text, divided by, start text, m, o, l, end text, end fraction
Bu reaksiyasiz kimyoni tasavvur qilish ancha qiyin boʻlar edi. Baxtimizga, oksidlanish 25, degrees, start text, C, end text da delta, start text, G, end text, degrees, is less than, 0 boʻlgani uchun termodinamik jihatdan oʻz-oʻzidan boradigan reaksiya hisoblanadi.
kattaligi taxminan 5 mm boʻlgan, ingichka va oynada koʻrinib turgan qora uzumning bir boʻlagi
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 25, degrees, start text, C, end text 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 left parenthesis, start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript, right parenthesis va suv left parenthesis, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, right parenthesis dan karbonat kislota hosil boʻlish qaytar reaksiyasini katalizlaydi. Organizmda start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript ning konsentratsiyasi normadan koʻpaysa, karboangidraza quyidagi reaksiyaning tezligini oshiradi:
start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, right arrow, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript
Ferment qon va toʻqimalardagi karbonat kislotasining konsentratsiyasini boshqarish orqali organizmdagi start text, p, H, end text ni muvozanatda ushlab tura oladi.
Odam karboangidraza II fermentining tuzilishi. Rux ioni oqsil markazidagi toʻq kulrang shardir.
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 10, start superscript, 4, end superscript va 10, start superscript, 6, end superscript ga teng. Eng hayratlanarlisi shuki, katalizatorsiz shu reaksiyaning tezligi sekundiga ~0, comma, 2 ga teng. Bu reaksiya tezligi ~10, start superscript, 5, end superscript, minus, 10, start superscript, 7, end superscript 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.
Katalitik reaksiyaning diagrammasi (xususan, yuqoridagi karbonat angidridaza katalizatorligidagi reaksiya) katalizator qoʻshilgan va katalizator qoʻshilmagan reaksiyadagi faollashuv energiyasidagi farqni koʻrsatadi. Dastlabki moddalar va mahsulotlar ferment qoʻshilgan va fermentsiz reaksiyalar uchun bir xil energiyaga ega, shuning uchun sistemaning umumiy energiyasi oʻzgarmaydi.
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 delta, start text, H, end text, start subscript, start text, r, e, a, k, end text, end subscript 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 left parenthesis, delta, start text, H, end text, start subscript, start text, r, e, a, k, end text, end subscript, right parenthesis fermentni qoʻshganda oʻzgarmaydi. Bu reaksiyaning kinetikasi, yaʼni reaksiya tezligi reaksiyaning termodinamikasi bilan bevosita bogʻliq emasligini taʼkidlaydi.

Kislota-asosli katalizatorlar

Kislotali katalizda odatda katalizator vazifasini start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript ionlari bajarsa, asosli katalizda katalizator vazifasini start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript 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:
Saxaroza H+ (vodorod protoni) bilan reaksiyasiyaga kirishishi natijasida glyukoza va fruktoza molekulalarini bogʻlagan kislorod protonlanadi va protonlangan saxaroza hosil boʻladi. Protonlangan saxaroza suv bilan reaksiyaga kirishib, bitta molekula glyukoza, bitta fruktoza molekulasini hamda H + ni hosil qiladi.
Kislotali kataliz: saxaroza (qamish shakari)dan glyukoza va fruktozaning hosil boʻlishi
Reaksiyaning birinchi bosqichida saxaroza start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript (qizil rangda) bilan taʼsirlashadi va protonlangan saxarozani hosil qiladi. Protonlangan saxaroza suv (koʻk rangda) bilan taʼsirlashishi natijasida start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, bir molekula glyukoza va bir molekula fruktoza hosil boʻladi. Umumiy reaksiya tenglamasi quyidagicha:
Saxaroza+H2O→kislota katalizatorligidaGlyukoza+Fruktoza\text{Saxaroza} + \text H_2 \text O \xrightarrow{\text{kislota katalizatorligida}} \text{Glyukoza} + \text{Fruktoza}
Reaksiyada davomida start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript 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.
Metall naychaning kesishgan qismi asalari uyasiga oʻxshash gʻovakli qattiq fazali katalizator.
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.
Rentgen nurlari oʻng son suyagini almashtirilganini (rasmning chap qismi) koʻrsatyapti. Son suyakning asosi va chanoqning ichiga kirib turgan sharsimon qism metalldan va uning usti qismi plastikka almashtirilgan (rentgenda aniq koʻrinadi).
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. Kimyominusbu 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.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish
Hozircha izohlar yoʻq.
Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.