TalebeDunyasi.Com | Öğrenci Ödev Portalı

Anasayfa Site Haritas? E?itim Haberleri Ara
 
Kimyasal bir tepkimenin h?z?n? tepkimede harcanmaks?z?n artt?ran maddelere katalizör denir. Katalizör tepkime sonunda herhangi bir de?i?meye u?ramadan geri kazan?labilir. Ço?u zaman katalizörün fiziksel yap?s? de?i?se bile kimyasal yap?s?nda herhangi bir de?i?iklik olmamaktad?r. Sözgelimi oksijen potasyum klorat?n (KClO3) do?rudan ?s?t?lmas?yla veya tepkime sisteminde çok az miktarda mangan dioksitin (MnO2) katalizör olarak kullan?lmas?yla elde edilebilir. MnO2 yan?nda bu tepkime çok daha h?zl? olup KClO3 daha dü?ük s?cakl?klarda bile yeteri h?zla bozunur.
MnO2
2 KClO3  2 KCI(s) +3 O2

Katalizör net tepkimenin stökiyometrisine etki etmedi?i için kimyasal e?itliklerde okun üzerine yaz?l?r. Tepkime tamamland???nda MnO2 de?i?memi? olarak geri kazan?labilir.

?imdi bir katalizörün çok az miktar?n?n bile bir tepkimenin h?z?n? nas?l artt?rd???n? k?saca aç?klamay?sa çal??al?m: katalizörlü ve katalizörsüz olarak olu?an bir kimyasal tepkimeye ili?kin potansiyel enerji diyagram? ?ekil 1 de gösterilmi?tir. Buna göre katalizlenmemi? bir tepkimenin izledi?inden daha farkl? bir yol veya mekanizma izleyerek meydana gelir. örne?in katalizlenmemin bir tepkimenin X ve Y molekülleri aras?ndaki çarp??malar ile olu?tu?unu varsayal?m.
X + Y  XY

Katalizlenmi? bir tepkime ise a?a??daki gibi iki basamakl? bir mekanizma izleyebilir.
1. X + C  XC
2. XC + Y  XY + C

Burada C katalizördür. Katalizörün birinci basamakta kullan?ld???na ve ikinci basamakta ise yeniden olu?turuldu?una dikkat ediniz. Bu yüzden katalizörün tepkime sisteminde defalarca kullan?lmas? mümkün oldu?undan katalizörün çok az miktar? bile bir tepkimeyi katalize etmeye yeter. Yukar?daki mekanizmalardan da anla??labilece?i gibi katalizör tepkime için yeni bir yürüyü? yolu olu?turmaktad?r. Katalizlenmi? yola ili?kin net aktiflenme enerjisi katalizlenmemi? yola ili?kin net aktiflenme enerjisinden daha dü?ük oldu?undan (?ekil 1) katalizlenmi? tepkime daha h?zl?d?r. ?ekil 1 den iki sonuç daha ç?kar?labilir.

1. Katalizlenmi? tepkimenin entalpi de?i?imi H ile katalizlenmemi? tepkimeye ili?kin entalpi de?i?imi ayn?d?r.
2. Tersinir tepkimelerde katalizörün ileri ve geri (yada ters) tepkimeler üzerindeki etkisi ayn?d?r. Bu nedenle ileriye do?ru olan tepkimenin aktiflenme enerjisi (Eaf)ne kadar dü?ürüldüyse geriye do?ru olan tepkimeninde aktiflenme enerjisi (Ea.f) o kadar dü?ürülür.

Tepkimeye giren maddeler ile katalizör ayn? evre (faz) içersinde bulunabiliyorsa bu tür katalizörlere homojen katalizörler denir. Bu tan?ma göre homojen bir katalizör gaz tepkimelerinde ise bir gaz olmal?d?r.
Diazot oksit gaz?n?n bozunmas? üzerine klor gaz?n?n yapm?? oldu?u etki gaz fazda gerçekle?tirilen tipik bir homojen kataliz örne?idir. Diazot oksit N2O oda s?cakl???nda oldukça kararl? olup 600’C dolay?ndaki s?cakl?klarda ise a?a??daki e?itli?e göre bozunur.
2 N2O (g)  2 N2 (g) + O2 (g)

Katalizlenmemi? tepkimenin a?a??daki basamaklar? içeren karma??k bir mekanizma ile olu?tu?u san?lmaktad?r.
1. N2O molekülleri aras?ndaki çarp??malar sonucu baz? N2O molekülleri parçalanmak için yeterli enerjiyi kazan?rlar.
N2O (g)  N2 + O (g)
2. Birinci basamakta olu?an oksijen atomlar?n?n tepkime verebilme yetenekleri çok yüksek oldu?undan bu atomlar di?er N2O molekülleri ile kolayca tepkime verirler.
O (g) + N2O(g)  N2 (g) + O2 (g)
Tepkimenin son ürünleri N2 ve O2 dir. O atomu ise tepkime ara ürünü olup son ürün de?ildir. Katalizlenmemi? bu tepkimeye ili?kin aktiflenme enerjisi yakla??k 240 kJ/mol dür.

Di?er taraftan bu tepkime eser miktarda klor gaz? taraf?ndan katalizlenir. Katalizlenmi? tepkimeye ili?kin önerilen yol a?a??daki basamaklar? içerir.
1. Bozunma s?cakl???nda ve özellikle ???k varl???nda baz? klor molekülleri klor atomlar?na ayr???r.
Cl(g) à 2Cl(g)
2. Klor atomlar? N2O molekülleri ile kolayca tepkime verir.
N2O (g) + Cl(g) à N2(g) + ClO(g)
3. Karars?z olan ClO molekülleri ise a?a??daki gibi bozunur.
2ClO(g) à Cl2(g) + O2 (g)

Katalizörün (Cl2) son basamakta as?l haline döndü?üne dikkat ediniz. Katalizlenmi? tepkimenin son ürünleri ( N2 ve O2) katalizlenmemi? tepkimeninki ile ayn?d?r. CI ve ClO ise kendilerini olu?turan basama?? izleyen basamakta tüketildiklerinden ürün de?ildirler. Klor taraf?ndan katalizlenen tepkimeye ili?kin aktiflenme enerjisi yakla??k 140 kJ/mol olup bu de?er katalizlenmemi? tepkimenin Ea de?erinden (240 kJ/mol) oldukça dü?üktür.

Heterojen katalizde katalizör ve tepkimeye giren maddeler farkl? fazlarda bulunurlar. Bu tür i?lemlerde tepkimeye giren moleküller katalizör yüzeyinde adsorplan?r ve tepkime yüzeyde gerçekle?ir. Adsorpsiyon bir kat? yüzeyinde moleküllerin tutulmas? i?lemidir. Örne?in odun kömürü zararl? gazlar için gaz maskelerinde adsorban (adsorplayan madde) olarak kullan?l?r. Fiziksel ve kimyasal olmak üzere iki tür adsorpsiyon vard?r. Ola?an fiziksel adsorpsiyonda moleküller yüzeyde London kuvvetleri ile tutulurlar.
Kimyasal adsorpsiyonda ise moleküller yüzeyde kimyasal bile?iklerdeki ba?lara benzer kuvvetli ba?lar ile tutulmaktad?r. Heterojen kataliz ço?unlukla kimyasal adsorbsiyon (ya da kemisorpsiyon) ile olu?maktad?r. Yüzeyde bu tür ba?lar olu?tu?u zaman kimyasal olarak adsorplanm?? moleküllerin elektronlar?n?n düzenlenmesinde de?i?iklikler olmakta moleküllerin baz? ba?lar? gerilmekte yada zay?flamakta ve baz? durumlarda ise kopar?lmaktad?r. Örne?in hidrojen moleküllerinin platin paladyum

N2O in bozunmas? alt?n taraf?ndan katalizlenir. Alt?n taraf?ndan katalizlenen bu bozunma tepkimesine ili?kin önerilen mekanizma ?ekil 2 de gösterilmi?tir. Bu mekanizmay?sa ili?kin basamaklar ?öyledir;

1. N2O molekülleri alt?n yüzeyinde kimyasal olarak adsorplan?r.
N2O à N2O (Au yüzeyinde)
2. O atomu alt?n yüzeyine ba?land???nda N molekülünün N2O molekülünün O atomu ile kom?u N atomu aras?ndaki ba? zay?flar. Bu durum N -- O ba??n?n kopmas?na ve N2 molekülünün yüzeyi terk etmesine neden olur.
N2O (Au yüzeyinde) à N2(g) + O (Au yüzeyinde)
3. Alt?n yüzeyindeki iki O atomu O2 molekülünü vermek üzere birle?ir ve yüzeyi terk ederek gaz faza geçer.
O(Au yüzeyinde) + O (Au yüzeyinde) à O2(g)

Alt?n taraf?ndan katalizlenen bu bozunma tepkimesinin aktiflenme enerjisi120 kJ/mol dolay?nda olup bu de?er hem katalizlenmemi? bozunman?n Ea de?erinden (240 kJ/mol) hem de klorun katalizledi?i bozunman?n Ea de?erinden (140 kJ/mol ) daha dü?üktür.
Alt?nla katalizlenmi? bozunma mekanizmas?n?n ikinci basama??n?n h?z tayin basama?? oldu?una inan?lmaktad?r. Bu basama?a göre h?z N2O moleküllerinin kimyasal olarak adsorplad??? alt?n yüzeyinin kesri ile orant?l?d?r. E?er yüzeyin yar?s? örtülüyse ikinci basamak yüzeyinin sadece dörtte birinin (1/4 ünün) örtülü oldu?u halden daha h?zl?d?r. Di?er taraftan yüzey kesri N2O (g) in bas?nc? ile do?rudan orant?l?d?r. E?er bas?nç dü?ükse yüzeyin örtülü oldu?u kesir de dü?ük olacakt?r. Bu nedenle N2O (g) in deri?imi ile orant?l? olup bozunma birinci mertebedendir.
H?z = k[N2O]

N2O (g) bas?nc?n?n oldukça yüksek oldu?u hallerde alt?n yüzeyi tamam?yla örtülür ve örtülü yüzey kesri 1 e e?it olur. Bu ko?ullarda tepkime s?f?r?nc? mertebeden olup
H?z = k

Di?er bir deyi?le alt?n yüzeyi tutabilece?i kadar N2O molekülünü yüzeyinde tutmu? olup N2O bas?nc? yüzeyi doygun halde tutabilmek için yeteri kadar yüksektir. Bu durumda N2O (g) in bas?nc?ndaki küçük de?i?meler kimyasal olarak adsorplanm?? N2O moleküllerinin art?k daha yava? ya da daha h?zl? bir ?ekilde bozunmas?na neden olamaz.

Bir katalizör yüzeyindeki atomlar?n düzenlenmesi ve elektronik yap?lar? o katalizörün aktivitesini belirler. Örgü kusurlar? ve düzensizliklerin kataliz için aktif merkezler oldu?u san?lmaktad?r. Baz? katalizörlerin yüzeyi katalitik aktiviteyi artt?ran ve promotör ad? verilen maddelerin kat?lmas?yla de?i?tirilebilir. Örne?in amonyak sentezinde demir katalizörü eser miktarda potasyum ya da vanadyumun kat?lmas?yla daha etkili bir hale getirilir.

Katalitik zehirler katalizörün aktivitesini inhibe eden maddelerdir. Örne?in kükürt dioksitten kükürt trioksidin elde edilmesinde kullan?lan platin katalizörünün katalizleme gücü çok az miktarda arsenik taraf?ndan yok edilmektedir.
Bu durumda büyük olas?l?kla platin yüzeyinde platin arsenür olu?makta ve platinin katalitik aktivitesi ortadan kalkmaktad?r.
Kalizörler genellikle kendilerine özgü katalitik aktiviteye sahiptirler. Baz? durumlarda bir katalizör belirli maddelerden bir seri ürünlerin sentezini katalizlerken bir ba?ka katalizör ayn? maddelerden tamamen farkl? ürünlerin sentezini katalizler.
Yüzey katalizinin son y?llardaki ilginç ve yararl? uygulamalar?ndan birisi de otomobil eksozlar katalitik dönü?türücülerin tak?lmas?d?r. Otomobil motorlar?nda kullan?lan yak?t?n tam yanmamas? nedeniyle çevreye verilen karbonmonoksit ve hidrokarbonlar oldukça ciddi ve tehlikeli bir ?ekilde çevre kirlili?ine neden olmaktad?r. Otomobil eksozlar?na tak?lan mini dönü?türücüler metal oksit katalizörleri içermekte olup ç?k?? gazlar? ve ilave hava çevreye verilmeden önce bu dönü?türücüden geçirilmek suretiyle CO ve hidrokarbonlar oldukça zarars?z olan CO ve H2O ya dönü?türülerek atmosfere b?rak?l?rlar. Ancak katalizör kur?un taraf?ndan zehirlendi?i için katalitik dönü?türücü (konvertör) bulunan otomobillerde kur?unsuz benzin kullan?lmal?d?r.

Endüstriyel i?lemlerin ço?u katalitik i?lemlerdir. Bugün özellikle heterojen katalizörlerin geli?tirilmesi ve yeni tür katalizörlerin haz?rlanmas? üzerine yo?un bilimsel çal??malar yap?lmaktad?r. Ancak enzimler olarak bilinen do?al katalizörler ya?am için çok daha büyük bir öneme sahiptir. Son derece karma??k yap?lara sahip olan enzimler sindirim solunum ve hücre sentezi gibi oldukça önemli ya?am proseslerini katalizlerler. Canl? bünyesinde olu?an ve ya?am için gerekli olan çok say?da karma??k kimyasal tepkime enzimlerin etkisiyle oldukça dü?ük vücut s?cakl???nda olu?abilmektedir. Bilinen binlerce enzimin herbiri kendine özgü bir fonksiyonu yerine getirir.
Di?er bir deyi?le her karma??k tepkime spesifik (özgün) bir enzim taraf?ndan katalizlenmektedir. Enzimlerin etkileri ve yap?lar? üzerine yap?lan oldukça yo?un ara?t?rmalar hastal?k nedenlerinin ve büyüme mekanizmas?n?n anla??labilmesine yard?mc? olabilecektir. katalizlenmi? bir tepkime çözelti tepkimelerinde tepkime maddeleri ile kar??abilen bir s?v? nikel ve di?er metal yüzeylerinde hidrojen atomlar? ?eklinde adsorpland?klar? dü?ünülmektedir. Bu nedenle yüzey katalizli bir tepkimede atom veya moleküllerin kimyasal olarak adsorpland?klar? tabaka bir tepkime ara ürünü olarak görev yapar. bas?nc?n dü?ük oldu?u hallerde bu tepkimenin h?z? h?z N2O (g) deri?imindeki de?i?ikliklerden etkilenmez.
 

Videolu Soru zmleri

?km?? Sorular

Facebook Sayfam?z

Mesleki ve Teknik E?itim

Mesleki ve Teknik E?itim
mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterBugn988
mod_vvisit_counterDn1591
mod_vvisit_counterBu Hafta4695
mod_vvisit_counterBu Ay37995
mod_vvisit_counterToplam7345300

Kimler evrimii

Şu anda 35 ziyaretçi çevrimiçi

[+]
  • Increase font size
  • Decrease font size
  • Default font size
  • default color
  • blue color
  • green color
Ödev