Катализ и ингибирование

Есть вещества, которые в лияют на скорость химической реакции, не являясь при этом реагентами. Они принимают в реакции самое непосредственное участие, но в результате реакции остаются неизменными. Такие вещества называются катализаторами, если они ускоряют реакцию, и ингибиторами, если замедляют ее.

75% химической промышленности использует каталитические процессы. Среди них - как крупнотоннажные производства: синтез аммиака и его окисление, производство серной кислоты, так и тонкие многостадийные синтезы, например, лекарственных средств.

Все биохимические реакции, протекающие в живых организмах, требуют участия природных катализаторов - ферментов. Ферменты представляют собой крупные белковые молекулы с так называемым активным центром - как правило, это химически связанная с белком молекула небелковой природы или ион металла. Ферменты обладают непревзойденной активностью (т.е. скоростью каталитического процесса), ускоряя реакции в миллиарды и триллионы раз при комнатной температуре. При высоких температурах они теряют активность, так как белок денатурируется. Кроме того, ферменты характеризуются чрезвычайной избирательностью ( селективностью ), превращая лишь строго определенные вещества в строго определенные продукты. Они способны на это благодаря своей уникальной форме, к которой реагенты должны подойти, как ключ к замку.

Многие катализаторы не просто ускоряют реакции, а ведут их по другому пути. Так, реакция окисления аммиака без катализатора:

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O

не представляет никакого интереса для промышленности, а в результате каталитического окисления на платине:

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

получается ценный продукт - оксид азота(II).

В пищевой промышленности широко используются ингибиторы, предотвращающие гидролиз жиров, реакции окисления и брожения.

Особый случай катализа - аутокатализ, или ускорение реакции одним из ее продуктов. При этом скорость реакции не уменьшается по мере расходования реагентов, а растет. Так, реакция

2KMnO₄ + 5K₂SO₃ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + 3H₂O

ускоряется по мере накопления ионов Mn²⁺, образующихся при восстановлении перманганата.

Пероксид водорода

Условия	Примеры
Природа реагирующих веществ	Многие вещества хранятся годами, а перекись водорода разлагается: 2Н₂О₂ = 2Н₂О + О₂↑
Их концентрация	Чистая перекись водорода разлагается со взрывом, а в растворе — за несколько месяцев
Температура	В прохладном месте раствор Н₂О₂сохраняется довольно долго
Присутствие катализаторов и ингибиторов	Раствор Н₂О₂, поступающий в продажу, содержит ингибиторы, чтобы лучше хранился. Но если к нему добавить щепотку MnO₂ в качестве катализатора — происходит бурное выделение кислорода

8. «Кальций» 9 класс

Кейс

С самых древних времен и до наших дней художники, создавая монументальную живопись, чаще всего используют технику фрески. Слово это происходит от итальянского «fresco», что значит «свежий», «сырой».

Фрески пишут по сырой штукатурке красками, которые разводятся водой. Высыхая, известь штукатурки плотно соединяется с красочным слоем.

Для приготовления красок, используемых в создании фресок, применяют обычные пигменты. Но при их отборе учитывают одно общее ограничение, обусловленное химическими свойствами основных компонентов грунта.

Задания

1. Разберите данную ситуацию, проведите ее анализ.

2. Из имеющихся у вас пигментов (красная охра, берлинская лазурь, цинковые белила, фиолетовый кобальт, краплак, зеленый крон, желтый крон), предложите художнику те, которые возможны в использовании во фресковой живописи. Докажите это практически.

3. Пригодятся ли знания, полученные из данного кейса, в вашей будущей профессиональной деятельности?

Информационный материал

Стр. 194 – 197 9 класс

Приложение 1. «Кипелка» и «пушонка»

Еще в I веке нашей эры Диоскорид – врач при римской армии – в сочинении «О лекарственных средствах» ввел для оксида кальция название «негашеная известь», которое сохранилось и в наше время. Строители ее называют «кипелкой» - за то, что при гашении выделяется много тепла, и вода закипает. Образующийся при этом пар разрыхляет известь, она распадается с образованием пушистого порошка. Отсюда строительное название гашеной извести – «пушонка». Гашеная известь Са(ОН)₂ – тонкий рыхлый порошок, обычно белого цвета. Поглощая углекислый газ из воздуха, гидроксид кальция превращается в карбонат кальция, проявляющий вяжущие свойства. В зависимости от количества воды, добавляемой к извести, гашение идет до получения пушонки, известкового теста, известкового молока или известковой воды. Все они нужны для приготовления вяжущих растворов.

Приложение 2 Кальций углекислый

Карбонат кальция СаСО₃ – одно из самых распространенных на Земле соединений. Минералы на основе СаСО₃ покрывают около 40 млн. км² земной поверхности. Мел, мрамор, известняки, ракушечники – все это СаСО₃ с небольшими примесями.

Самый важный из этих минералов – известняк. Известняки есть практически везде. В европейской части России известняки встречаются в отложениях почти всех геологических возрастов. В чистом виде известняки – белого или светло – желтого цвета, но примеси придают им более темную окраску. Известняк незаменим в производстве цемента, карбида кальция, соды, всех видов извести (гашеной, негашеной, хлорной), белильных растворов и многих других полезных веществ. Без известняка не обходится ни одно строительство.

Во – первых, из него самого строят, во – вторых, из известняка делают многие строительные материалы.

Другая разновидность углекислого кальция – мел. Мел – это не только зубной порошок и школьные мелки. Его используют в бумажной и резиновой промышленности – в качестве наполнителя, в строительстве и при ремонте зданий – для побелки. При соприкосновении с кислотами мел «вскипает».

Приложение 3

Качеству грунта – штукатурке – во фресковой живописи придается очень большое значение, поскольку от него зависит долговечность создаваемых картин. На Руси известь, применяемая для фресок, проходила многолетнюю обработку: в течение трех – восьми лет ее выдерживали в особых ямах, постоянно перелопачивая. Для получения штукатурки известь смешивали с гипсом, мелом, мелкотолченым кирпичом, рубленым льном. Грунт обычно делали двухслойным. На хорошо просохший первый, достаточно толстый слой штукатурки непосредственно перед началом работы художника наносили тонкий второй слой. По нему и выполняли роспись.

Приложение 4.

Химический процесс, лежащий в основе высыхания фресковой живописи – процесс карбонизации, соответствующий уравнению реакции:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃↓ + Н₂О

Гипсовая известь нерастворимый

в составе грунта карбонат кальция

В результате такого взаимодействия на поверхности росписи возникает тончайшая пленка из нерастворимого в воде карбоната кальция.

Приложение 5. Оксиды – пигменты художественных красок.

Pb₃O₄ – сурик, получаемыйпережиганием свинцовых белил. Пигмент ярко – красного цвета.

ZnO – при горении парообразного цинка на воздухе появляется сине – зеленое пламя и образуются белые хлопья оксида цинка ZnO. Оксид цинка в виде рыхлого белого порошка используется для изготовления цинковых белил (в отличие от свинцовых белил на воздухе не темнеет и безвреден).

Fe₂O₃ - «охра», природный кристаллический пигмент. По цвету охры делят на светло – желтые (12 – 25% Fe₂O₃) и золотисто – желтые (40-75% Fe₂O₃). Красную охру (Fe,Fe₂)O₄ (современное название этого двойного оксида – тетраоксид дижелеза (III) – железа (II)) называли еще «мумия» или «железный сурик». Мумия содержит 35 – 70% Fe₂O₃ и получается при обжиге железосодержащих руд. Кроме Fe₂O₃ мумия включает еще глинистые вещества и диоксид кремния SiO₂.

TiO₂ – рутил. Применяется для изготовления титановых белил.

Cr₂O₃ – темно – зеленый порошок, тугоплавок, химически инертен. Широко применяется под названием «зеленого крона» для приготовления клеевой и масляных красок.

Известной популярностью пользуется у художников и зелень Гинье, хромофором которой является гидрат оксида хрома Cr₂O₃^.(2-3)Н₂О, где часть воды химически связана, а часть адсорбирована. Этот пигмент придает окраске изумрудный оттенок.

«Тенарова синь» -двойной оксид алюминия и кобальта состава (CoAl₂ ) O₄ - тетраоксид диалюминия – кобальта. Вещество это получило свое название по имени французского химика Тенара, предложившего реакцию образования этого оксида для обнаружения алюминия в минералах.

Краска	Оксид – пигмент красок	Цвет	Примечания
Массикот	PbO	Оранжево – желтый	Применяют с древнос-ти. Используются как сиккативы при варке олифы.
Свинцовый сурик «голубиная кровь»	Pb₃O₄	Неяркий, красный	Применяются с древ-ности
Красная охра	Fe₂O₃ в смеси SiO₂ и Al₂O₃	Красный	Применяются с древ-ности. Очень прочные и светостойкие
Натуральная охра	Fe₂O₃^.nH₂O с при-месями каолина и силикатов	Желтый	В переводе с греческого «охра» - бледная, желтоватая
Сиена жженая Умбра жженая	Fe₂O₃ с примеся-ми MnO₂и глины Fe₂O₃, MnO₂	Коричневый Коричневый	Названия произошли от г. Сиены и провин-ции Умбрия (Италия), где добывали эти зем-ляные краски
Коричневая Ван Дейка (кассельс-кая, кельнская земля)	Смесь органи-ческих веществ с Fe₂O₃, Al₂O₃,SiO₂	Коричневый	Применяется с XV века. Добывалась в окрестностях Касселя и Кельна (Германия)
Синий кобальт Церелиум	CoO^.Al₂O₃ CoO^.SnO₂	Зеленовато – синий Синий	Очень прочные, светостойкие
Зеленая хромовая	Cr₂O₃	Оливково – зеленый	Прочная, светостойкая, термостойкая
Цинковые белила	ZnO	Белый	Промышленный вы-пуск налажен в 1850 году
Титановые белила	TiO₂	Белый	Применяется с начала ХХ века. Промыш-ленный выпуск нала-жен с 1920 года

Приложение 6 Соли - пигменты художественных красок

Техническое наз-вание соли или название краски	соль	цвет	примечания
Мел Гипс	CaCO₃ CaSO₄^.2H₂O	Белый Белый	Входит в состав ху-дожественных грунтов и клеевых красок
Свинцовые белила	2PbCO₃^.Pb(OH)₂	Белый	Один из древнейших пигментов, темнеет под действием H₂S
Бланфикс (бари-товые постоян-ные белила)	BaSO₄	Белый	Промышленный вы-пуск налажен в 1830 году
Цинковая желтая	ZnCrO₄	Желтый	Получена Л. Вокленом в 1809 году
Баритовая желтая	BaCrO₄	Желтый	Получена Л. Вокленом в 1809 году
Азурит (горная синяя)	2CuCO₃^.Cu(OH)₂	Синий	В природе часто встре-чается с малахитом
Берлинская ла-зурь (прусская синяя, милора) Вивианит (охра синяя)	Fe₄[Fe(CN)₆]₃ Fe₃(PO₄)₂^.8H₂O	Синий Синий	Под действием щело-чей разрушаются с об-разованием оксида же-леза. Неприменимы во фресковой живописи.
Швейнфуртская зелень	Cu(CH₃COO)₂^.3Cu(AsO₂)₂	Зеленый	Во 2 половине 19 века применялась в качестве инсектицида.
Малахит (горная зелень) Ярь – медянка	CuCO₃^.Cu(OH)₂ Cu(CH₃COO)₂^. 3Cu(OH)₂	Зеленый Зеленый	В живописи широко применялись в стари-ну, сейчас практически не используются
Темный кобальт	Co₃(PO₄)₂	Фиолетовый	Получена М. Сальве-татом в 1859 году

9. «Алюминий» 9 класс

Кейс

В 1825 – 1827 гг. был получен металл, который ценился дороже золота. Погремушка сыны Наполеона III была сделана из этого металла, а самый богатый королевский двор Европы имел столовые приборы, изготовленные из него.

В 1886 году американец Ч. Холл в сарае, в котором была устроена лаборатория, на оборудовании, состоявшем из сковороды, подержанной бензиновой печи и самодельных тиглей, получил «серебро из глины». Этот метод получения металла используется в промышленности и сейчас.

По распространённости в природе он занимает четвёртое место среди всех элементов и первое среди металлов (8,8% от массы земной коры). Он стал вторым по значению металлом XX века после железа. По объёму производства он занимает второе место в мире после выплавки чугуна и стали. Входит в состав различных пиротехнических смесей.

Задания:

1. О каком металле идёт речь?

2. Каково положение этого металла в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева.

3. Каково строение атома этого металла?

4. Какими физическими свойствами он обладает?

5. В какие химические реакции вступает это вещество и какие вещества при этом образуются? Напишите уравнения возможных реакций и назовите продукты реакций.

6. Почему при обычных условиях изделия из этого металла устойчивы к воздействию факторов окружающей среды?

7. По какой до конца XIX века этот металл был на вес золота?

8. На каких свойствах этого металла основано его применение в народном хозяйстве?

9. Почему посуду из этого металла называли «посудой бедняков»?

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: