Ziyaretçi
Arama
Homojen katalizörlü reaksiyonlara örnekler verebilir misiniz?
Güncelleme: 24 Mayıs 2012 Gösterim: 3.654 Cevap: 1
Ziyaretçi
23 Mayıs 2012
Mesaj #1
VIP VIP Üye
Tepkimeye giren maddeler ile katalizör aynı faz içerisinde bulunuyorsa, bu tür katalizörlere homojen katalizörler denir. Bu tanıma göre, homojen bir katalizör, çözelti tepkimelerinde tepkime maddeleri ile karışabilen bir sıvı, gaz tepkimelerinde ise bir gaz olmalıdır.
Diazot oksit gazının bozunması üzerine klor gazının yapmış olduğu etki, gaz fazda gerçekleştirilen tipik bir homojen kataliz örneğidir. Diazot oksit, N2O oda sıcaklığında oldukça kararlı olup, 600'C dolayındaki sıcaklıklarda ise aşağıdaki eşitliğe göre bozunur.
2 N2O (g) à2 N2 (g) + O2 (g)
Katalizlenmemiş tepkimenin, aşağıdaki basamakları içeren karmaşık bir mekanizma ile oluştuğu sanılmaktadır.
1. N2O molekülleri arasındaki çarpışmalar sonucu, bazı N2O molekülleri parçalanmak için yeterli enerjiyi kazanırlar.
N2O (g) àN2 + O (g)
2. Birinci basamakta oluşan oksijen atomlarının tepkime verebilme yetenekleri çok yüksek olduğundan, bu atomlar diğer N2O molekülleri ile kolayca tepkime verirler.
O (g) + N2O(g) àN2 (g) + O2 (g)
Tepkimenin son ürünleri N2 ve O2 dir. O atomu ise, tepkime ara ürünü olup son ürün değildir. Katalizlenmemiş bu tepkimeye ilişkin aktiflenme enerjisi yaklaşık 240 kJ/mol dür.
Bu reaksiyonda klor gazı katalizör olarak kullanıldığı zaman ise reaksiyon şu şekilde gerçekleşmektedir.
1. Bozunma sıcaklığında ve özellikle ışık varlığında, bazı klor molekülleri klor atomlarına ayrışır.
Cl(g) à2Cl(g)
2. Klor atomları N2O molekülleri ile kolayca tepkime verir
N2O (g) + Cl(g) àN2(g) + ClO(g)
3. Kararsız olan ClO molekülleri ise aşağıdaki gibi bozunur.
2ClO(g) àCl2(g) + O2 (g)
Böylelikle başlangıçta reaksiyona giren klor reaksiyon sonucunda ortamda ilk reaksiyona girdiği haliyle bulunmaktadır. Katalizlenmiş tepkimenin son ürünleri ( N2 ve O2), katalizlenmemiş tepkimeninki ile aynıdır. CI ve ClO ise, kendilerini oluşturan basamağı izleyen basamakta tüketildiklerinden ürün değildirler. Klor tarafından katalizlenen tepkimeye ilişkin aktiflenme enerjisi yaklaşık 140 kJ/mol olup, bu değer katalizlenmemiş tepkimenin Ea değerinden (240 kJ/mol) oldukça düşüktür.
Katalizör ve tepkimeye giren maddeler farklı fazlarda bulunuyor ise bu tür katolizörlere heterejon katalizör denir. Bu tür işlemlerde, tepkimeye giren moleküller katalizör yüzeyinde adsorplanır ve tepkime yüzeyde gerçekleşir. Adsorpsiyon, bir katı yüzeyinde moleküllerin tutulması işlemidir. Örneğin odun kömürü, zararlı gazlar için gaz maskelerinde adsorbans (adsorplayan madde) olarak kullanılır.
Fiziksel ve kimyasal olmak üzere iki tür adsorpsiyon vardır. Olağan fiziksel adsorpsiyonda moleküller yüzeyde London kuvvetleri ile tutulurlar.
Kimyasal adsorpsiyonda ise, moleküller yüzeyde kimyasal bileşiklerdeki bağlara benzer kuvvetli bağlar ile tutulmaktadır. Heterojen kataliz, çoğunlukla kimyasal adsorbsiyon (ya da kemisorpsiyon) ile oluşmaktadır. Yüzeyde bu tür bağlar oluştuğu zaman, kimyasal olarak adsorplanmış moleküllerin elektronlarının düzenlenmesinde değişiklikler olmakta, moleküllerin bazı bağları gerilmekte yada zayıflamakta ve bazı durumlarda ise koparılmaktadır. Örneğin hidrojen moleküllerinin platin, paladyum, nikel ve diğer metal yüzeylerinde hidrojen atomları şeklinde adsorplandıkları düşünülmektedir. Bu nedenle yüzey katalizli bir tepkimede atom veya moleküllerin kimyasal olarak adsorplandıkları tabaka bir tepkime ara ürünü olarak görev yapar. N2O in bozunması altın tarafından katalizlenir.
Altın tarafından katalizlenen bu bozunma tepkimesine ilişkin önerilen mekanizma Şekil 2 de gösterilmiştir.
Sponsorlu Bağlantılar
2 N2O (g) à2 N2 (g) + O2 (g)
Katalizlenmemiş tepkimenin, aşağıdaki basamakları içeren karmaşık bir mekanizma ile oluştuğu sanılmaktadır.
1. N2O molekülleri arasındaki çarpışmalar sonucu, bazı N2O molekülleri parçalanmak için yeterli enerjiyi kazanırlar.
N2O (g) àN2 + O (g)
2. Birinci basamakta oluşan oksijen atomlarının tepkime verebilme yetenekleri çok yüksek olduğundan, bu atomlar diğer N2O molekülleri ile kolayca tepkime verirler.
O (g) + N2O(g) àN2 (g) + O2 (g)
Tepkimenin son ürünleri N2 ve O2 dir. O atomu ise, tepkime ara ürünü olup son ürün değildir. Katalizlenmemiş bu tepkimeye ilişkin aktiflenme enerjisi yaklaşık 240 kJ/mol dür.
Bu reaksiyonda klor gazı katalizör olarak kullanıldığı zaman ise reaksiyon şu şekilde gerçekleşmektedir.
1. Bozunma sıcaklığında ve özellikle ışık varlığında, bazı klor molekülleri klor atomlarına ayrışır.
Cl(g) à2Cl(g)
2. Klor atomları N2O molekülleri ile kolayca tepkime verir
N2O (g) + Cl(g) àN2(g) + ClO(g)
3. Kararsız olan ClO molekülleri ise aşağıdaki gibi bozunur.
2ClO(g) àCl2(g) + O2 (g)
Böylelikle başlangıçta reaksiyona giren klor reaksiyon sonucunda ortamda ilk reaksiyona girdiği haliyle bulunmaktadır. Katalizlenmiş tepkimenin son ürünleri ( N2 ve O2), katalizlenmemiş tepkimeninki ile aynıdır. CI ve ClO ise, kendilerini oluşturan basamağı izleyen basamakta tüketildiklerinden ürün değildirler. Klor tarafından katalizlenen tepkimeye ilişkin aktiflenme enerjisi yaklaşık 140 kJ/mol olup, bu değer katalizlenmemiş tepkimenin Ea değerinden (240 kJ/mol) oldukça düşüktür.
Katalizör ve tepkimeye giren maddeler farklı fazlarda bulunuyor ise bu tür katolizörlere heterejon katalizör denir. Bu tür işlemlerde, tepkimeye giren moleküller katalizör yüzeyinde adsorplanır ve tepkime yüzeyde gerçekleşir. Adsorpsiyon, bir katı yüzeyinde moleküllerin tutulması işlemidir. Örneğin odun kömürü, zararlı gazlar için gaz maskelerinde adsorbans (adsorplayan madde) olarak kullanılır.
Fiziksel ve kimyasal olmak üzere iki tür adsorpsiyon vardır. Olağan fiziksel adsorpsiyonda moleküller yüzeyde London kuvvetleri ile tutulurlar.
Kimyasal adsorpsiyonda ise, moleküller yüzeyde kimyasal bileşiklerdeki bağlara benzer kuvvetli bağlar ile tutulmaktadır. Heterojen kataliz, çoğunlukla kimyasal adsorbsiyon (ya da kemisorpsiyon) ile oluşmaktadır. Yüzeyde bu tür bağlar oluştuğu zaman, kimyasal olarak adsorplanmış moleküllerin elektronlarının düzenlenmesinde değişiklikler olmakta, moleküllerin bazı bağları gerilmekte yada zayıflamakta ve bazı durumlarda ise koparılmaktadır. Örneğin hidrojen moleküllerinin platin, paladyum, nikel ve diğer metal yüzeylerinde hidrojen atomları şeklinde adsorplandıkları düşünülmektedir. Bu nedenle yüzey katalizli bir tepkimede atom veya moleküllerin kimyasal olarak adsorplandıkları tabaka bir tepkime ara ürünü olarak görev yapar. N2O in bozunması altın tarafından katalizlenir.
Altın tarafından katalizlenen bu bozunma tepkimesine ilişkin önerilen mekanizma Şekil 2 de gösterilmiştir.
Reaksiyon şu şekilde gerçekleşir
1. N2O molekülleri altın yüzeyinde kimyasal olarak adsorplanır.
N2O àN2O (Au yüzeyinde)
2. O atomu altın yüzeyine bağlandığında, N-O arasındaki bağ zayıflar ve bu bağın kopması sonucunda N2 molekülü yüzeyi terk eder.
N2O (Au yüzeyinde)
N2(g) + O (Au yüzeyinde)
3. Altın yüzeyindeki iki O atomu, O2 molekülünü vermek üzere birleşir ve yüzeyi terk ederek gaz faza geçer.
O(Au yüzeyinde) + O (Au yüzeyinde) à O2(g)
Altın tarafından katalizlenen bu bozunma tepkimesinin aktiflenme enerjisi 120 kJ/mol dolayında olup, bu değer hem katalizlenmemiş bozunmanın Ea değerinden (240 kJ/mol) hem de klorun katalizlediği bozunmanın Ea değerinden (140 kJ/mol ) daha düşüktür.
Altınla katalizlenmiş bozunma mekanizmasının ikinci basamağının hız tayin basamağı olduğuna inanılmaktadır. Bu basamağa göre hız, N2O moleküllerinin kimyasal olarak adsorpladığı altın yüzeyinin kesri ile orantılıdır. Eğer yüzeyin yarısı örtülüyse, ikinci basamak yüzeyinin sadece dörtte birinin (1/4 ünün) örtülü olduğu halden daha hızlıdır. Diğer taraftan yüzey kesri, N2O (g) in basıncı ile doğrudan orantılıdır. Eğer basınç düşükse, yüzeyin örtülü olduğu kesir de düşük olacaktır. Bu nedenle, basıncın düşük olduğu hallerde bu tepkimenin hızı, N2O (g) in derişimi ile orantılı olup bozunma birinci mertebedendir.
Hız = k[N2O]
N2O (g) basıncının oldukça yüksek olduğu hallerde, altın yüzeyi tamamıyla örtülür ve örtülü yüzey kesri 1 e eşit olur. Bu koşullarda, tepkime sıfırıncı mertebeden olup, hız N2O (g) derişimindeki değişikliklerden etkilenmez.
Hız = k
Diğer bir deyişle, altın yüzeyi tutabileceği kadar N2O molekülünü yüzeyinde tutmuş olup, N2O basıncı yüzeyi doygun halde tutabilmek için yeteri kadar yüksektir. Bu durumda, N2O (g) in basıncındaki küçük değişmeler, kimyasal olarak adsorplanmış N2O moleküllerinin artık daha yavaş ya da daha hızlı bir şekilde bozunmasına neden olamaz.
Bir katalizör yüzeyindeki atomların düzenlenmesi ve elektronik yapıları o katalizörün aktivitesini belirler. Örgü kusurları ve düzensizliklerin kataliz için aktif merkezler olduğu sanılmaktadır. Bazı katalizörlerin, yüzeyi, katalitik aktiviteyi arttıran ve promotör adı verilen maddelerin katılmasıyla değiştirilebilir. Örneğin, amonyak sentezinde demir katalizörü, eser miktarda potasyum ya da vanadyumun katılmasıyla daha etkili bir hale getirilir.
1. N2O molekülleri altın yüzeyinde kimyasal olarak adsorplanır.
N2O àN2O (Au yüzeyinde)
2. O atomu altın yüzeyine bağlandığında, N-O arasındaki bağ zayıflar ve bu bağın kopması sonucunda N2 molekülü yüzeyi terk eder.
N2O (Au yüzeyinde)
N2(g) + O (Au yüzeyinde)
3. Altın yüzeyindeki iki O atomu, O2 molekülünü vermek üzere birleşir ve yüzeyi terk ederek gaz faza geçer.
O(Au yüzeyinde) + O (Au yüzeyinde) à O2(g)
Altın tarafından katalizlenen bu bozunma tepkimesinin aktiflenme enerjisi 120 kJ/mol dolayında olup, bu değer hem katalizlenmemiş bozunmanın Ea değerinden (240 kJ/mol) hem de klorun katalizlediği bozunmanın Ea değerinden (140 kJ/mol ) daha düşüktür.
Altınla katalizlenmiş bozunma mekanizmasının ikinci basamağının hız tayin basamağı olduğuna inanılmaktadır. Bu basamağa göre hız, N2O moleküllerinin kimyasal olarak adsorpladığı altın yüzeyinin kesri ile orantılıdır. Eğer yüzeyin yarısı örtülüyse, ikinci basamak yüzeyinin sadece dörtte birinin (1/4 ünün) örtülü olduğu halden daha hızlıdır. Diğer taraftan yüzey kesri, N2O (g) in basıncı ile doğrudan orantılıdır. Eğer basınç düşükse, yüzeyin örtülü olduğu kesir de düşük olacaktır. Bu nedenle, basıncın düşük olduğu hallerde bu tepkimenin hızı, N2O (g) in derişimi ile orantılı olup bozunma birinci mertebedendir.
Hız = k[N2O]
N2O (g) basıncının oldukça yüksek olduğu hallerde, altın yüzeyi tamamıyla örtülür ve örtülü yüzey kesri 1 e eşit olur. Bu koşullarda, tepkime sıfırıncı mertebeden olup, hız N2O (g) derişimindeki değişikliklerden etkilenmez.
Hız = k
Diğer bir deyişle, altın yüzeyi tutabileceği kadar N2O molekülünü yüzeyinde tutmuş olup, N2O basıncı yüzeyi doygun halde tutabilmek için yeteri kadar yüksektir. Bu durumda, N2O (g) in basıncındaki küçük değişmeler, kimyasal olarak adsorplanmış N2O moleküllerinin artık daha yavaş ya da daha hızlı bir şekilde bozunmasına neden olamaz.
Bir katalizör yüzeyindeki atomların düzenlenmesi ve elektronik yapıları o katalizörün aktivitesini belirler. Örgü kusurları ve düzensizliklerin kataliz için aktif merkezler olduğu sanılmaktadır. Bazı katalizörlerin, yüzeyi, katalitik aktiviteyi arttıran ve promotör adı verilen maddelerin katılmasıyla değiştirilebilir. Örneğin, amonyak sentezinde demir katalizörü, eser miktarda potasyum ya da vanadyumun katılmasıyla daha etkili bir hale getirilir.
..
Benzer Konular
| 21 Aralık 2008 / Ziyaretçi Cevaplanmış |
| 16 Aralık 2013 / Ziyaretçi Soru-Cevap |
| 8 Ocak 2009 / Ziyaretçi Soru-Cevap |
| 11 Şubat 2015 / Misafir Cevaplanmış |
| 19 Nisan 2011 / Misafir Soru-Cevap |
| Kapat Saat: 16:14 Hoş Geldiniz Ziyaretçi
Benzer Konular
Son MesajlarYenile Yükleniyor... |
Sayfa 0.047 saniyede 9 sorgu ile oluşturuldu