Конспект.

16. Конспект (Ингибитор и катализатор) (лат. inhibere — задерживать) — вещество, замедляющее или предотвращающее течение какой-либо химической реакции: коррозии металла, старения полимеров, окисления топлива и смазочных масел, пищевых жиров и др.

Описание

Действие ингибиторов характерно для каталитических и цепных реакций, протекающих с участием активных центров или частиц. Торможение или предотвращение реакции обусловлено тем, что ингибитор блокирует активные центры катализатора или реагирует с активными частицами с образованием малоактивных радикалов. Ингибитор вводится в систему в намного меньшей концентрации, чем концентрация реагентов.

Примеры ингибиторов

Например, гидрохинон — ингибитор окисления бензальдегида; соединения технеция — ингибитор коррозии сталей; дифенилкетон — ингибитор полимеризации стирола; трихлорид азота — сильный ингибитор реакции хлора с водородом, одной тысячной доли процента достаточно для прекращения реакции[1].

Ингибиторы коррозии металла

Особое практическое значение имеют ингибиторы коррозии металла. По современным представлениям, механизм действия ингибиторов коррозии имеет электрохимическую природу. Применительно к коррозии металла ингибитором называют вещество, которое, адсорбируясь на поверхности металла, делает её потенциал положительнее, тем самым замедляя процесс коррозии.

К ингибиторам также часто причисляют вещества, снижающие активность коррозионной среды или создающие на поверхности металла защитные пленки, являющиеся продуктом взаимодействия ингибитора с раствором, металлом или продуктом его коррозии (кроющие ингибиторы).

Известно большое количество веществ, которые можно рассматривать в качестве ингибиторов коррозии. Наиболее четко ингибиторное действие выражено у аминов, азотсодержащих гетероциклических соединений, тиолов, мочевины и тиомочевины, сульфидов, альдегидов и др.

Катализаторы подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Гомогенный катализатор находится в одной фазе с реагирующими веществами, гетерогенный — образует самостоятельную фазу, отделённую границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества [1]. Типичными гомогенными катализаторами являются кислоты и основания. В качестве гетерогенных катализаторов применяются металлы, их оксиды и сульфиды.

Реакции одного и того же типа могут протекать как с гомогенными, так и с гетерогенными катализаторами. Так, наряду с растворами кислот применяются имеющие кислотные свойства твёрдые Al2O3, TiO2, ThO2, алюмосиликаты, цеолиты. Гетерогенные катализаторы с основными свойствами: CaO, BaO, MgO [1].

Гетерогенные катализаторы имеют, как правило, сильно развитую поверхность, для чего их распределяют на инертном носителе (силикагель, оксид алюминия, активированный уголь и др.).

Для каждого типа реакций эффективны только определённые катализаторы. Кроме уже упомянутых кислотно-основных, существуют катализаторы окисления-восстановления; для них характерно присутствие переходного металла или его соединения (Со+3, V2O5+MoO3). В этом случае катализ осуществляется путём изменения степени окисления переходного металла.

Много реакций осуществлено при помощи катализаторов, которые действуют через координацию реагентов у атома или иона переходного металла (Ti, Rh, Ni). Такой катализ называется координационным.

Если катализатор обладает хиральными свойствами, то из оптически неактивного субстрата получатся оптически активный продукт.

В современной науке и технике часто применяют системы из нескольких катализаторов, каждый из которых ускоряет разные стадии реакции [2][3]. Катализатор также может увеличивать скорость одной из стадий каталитического цикла, осуществляемого другим катализатором. Здесь имеет место «катализ катализа», или катализ второго уровня[2].

Катализаторы следует отличать от инициаторов. Например, перекиси распадаются на свободные радикалы, которые могут инициировать радикальные цепные реакции. Инициаторы расходуются в процессе реакции, поэтому их нельзя считать катализаторами.

Ингибиторы иногда ошибочно считают отрицательными катализаторами. Но ингибиторы, например, цепных радикальных реакций, реагируют со свободными радикалами и, в отличие от катализаторов, не сохраняются. Другие ингибиторы (каталитические яды) связываются с катализатором и его дезактивируют, здесь имеет место подавление катализа, а не отрицательный катализ. Отрицательный катализ в принципе невозможен: он обеспечивал бы для реакции более медленный путь, но реакция, естественно, пойдёт по более быстрому, в данном случае, не катализированному, пути.

18.растворы. их характеристика и классификация. Процесс растворения. энергетика растворения. Растворимость.

Растворы (истинные растворы) — однородные (гомогенные) системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ. От механических смесей растворы отличаются однородностью, от химических соединений — переменным составом.

Растворы играют исключительно важную роль в природе, технике и обыденной жизни. Подавляющее большинство известных химических реакций протекает в растворах. Воды мирового океана и атмосфера представляют собой растворы. Физиологические жидкости также являются растворами. Почти все лекарственные вещества оказывают свойственное им действие на организм в растворенном состоянии.

В зависимости от агрегатного состояния различают газообразные, жидкие и твердые растворы. К газообразным относят смеси любых газов и паров, в том числе и воздух. К твердым — многие сплавы, стекло, некоторые минералы и горные породы. Особое значение для изучения жизненных процессов в норме и патологии имеют жидкие растворы, образуемые растворением в жидкостях газов, жидкостей или твердых веществ.

При растворении в жидкости газов или твердых веществ жидкость принято называть растворителем, а газы или твердые вещества, находящиеся в растворах,— растворенными веществами.

В случае растворения одной жидкости в другой растворителем считают ту из них, которая находится в растворах в относительно большем количестве.

Насыщенным раствором называют раствор, находящийся в равновесии с избытком растворяемого вещества, ненасыщенным — раствор, концентрация которого меньше, чем насыщенного, а пересыщенным — раствор, концентрация которого больше, чем насыщенного.

В зависимости от величины молекулярного веса растворенного вещества жидкие растворы подразделяют на растворы низкомолекулярных веществ, например водные растворы обычных кислот, щелочей и солей, и на растворы высокомолекулярных соединений, к которым относятся растворы белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот в воде, каучука в бензоле, нитроклетчатки в спиртоэфирной смеси и др. Р. высокомолекулярных соединений обладают рядом характерных свойств, присущих типичным коллоидным Р. (см. коллоиды).

Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением тепла.

Растворимость данного вещества в жидкости измеряется концентрацией (см.) насыщенного его раствора в этой жидкости.

Установлен ряд качественных правил растворимости веществ в жидкостях. Полярные вещества хорошо растворимы в полярных растворителях (вода, спирт, ацетон и др.) и плохо в неполярных жидкостях (бензол, четыреххлористый углерод, сероуглерод и т. д.). Наоборот, неполярные вещества хорошо растворимы в неполярных растворителях и плохо — в полярных. Последнее правило кладется в основу некоторых теорий клеточной проницаемости. При этом имеется в виду, что оболочка многих клеток состоит из неполярных веществ — липидов.

Растворимость газов в жидкостях выражают коэффициентом поглощения, который указывает, сколько объемов данного газа, приведенных к нормальным условиям (t° 0° и давление 1 атм.), растворяется в одном объеме жидкости при данной температуре и парциальном давлении газа, равном 1 атм.

Растворимость газов в жидкостях изменяется в широких пределах в зависимости от природы жидкости и газа, а также от давления и температуры. Так, например, при t° 18° коэффициент поглощения азота равен 0,01698; кислорода — 0,03220; хлористого водорода — 427,9; аммиака — 748,8. Кислород примерно вдвое более растворим в воде, чем азот, поэтому в воздухе, растворенном в воде, содержание кислорода значительно больше, чем в атмосфере (34,1% по объему при t° 18° вместо 21,2% в атмосфере). Это имеет большое биологическое значение для организмов, обитающих в воде.