Химийн ертөнцөд урвал илүү үр дүнтэй үргэлжлэхийн тулд ихэвчлэн тусламж хэрэгтэй байдаг. Эндээс катализ орж ирдэг. Катализатор гэдэг нь химийн урвалыг хурдасгах бодис бөгөөд энэ үйл явцад зарцуулагдахгүй. Химийн урвал дахь катализаторын гайхалтай үүрэг, тэдгээрийн төрөл, хэрхэн ажилладагийг судалж үзье.
Катализатор гэдэг нь химийн урвалын хурдыг катализатор гэгддэг бодисоор нэмэгдүүлэх үйл явц юм. Катализаторууд урвалд ордоггүй тул дахин дахин ашиглаж болно. Энэ шинж чанар нь катализаторыг байгалийн үйл явц болон үйлдвэрлэлийн хэрэглээний аль алинд нь гайхалтай үнэ цэнэтэй болгодог.
Нэг төрлийн катализатор: Энэ төрлийн катализатор нь урвалд орох бодистой ижил фаз, ихэвчлэн шингэн уусмалд байдаг. Хүхрийн хүчил (H \(_2\) SO \(_4\) ) нь карбоксилын хүчил ба спиртийг эфир болгон хувиргахад тусалдаг хүчилээр катализлагдсан эфиржих урвал юм.
Гетероген катализ: Энд катализатор нь урвалд ордог бодисоос өөр үе шатанд байна. Нийтлэг жишээ бол ханасан өөх тосыг үйлдвэрлэхийн тулд хатуу никель катализатор болгон ханаагүй өөх тосыг устөрөгчжүүлэн баяжуулах явдал юм.
Катализаторууд нь идэвхжүүлэлтийн энерги багатай урвалын өөр замыг бий болгох замаар ажилладаг. Идэвхжүүлэх энерги нь урвалж бодисыг бүтээгдэхүүн болгон хувиргахад даван туулах ёстой энергийн саад юм. Энэ саадыг бууруулснаар катализаторууд илүү их реактив молекулуудыг урвалд ороход хангалттай энергитэй болгож, улмаар урвалыг хурдасгадаг.
Катализаторын үйл ажиллагааны механизмыг үе шаттайгаар нэгтгэн дүгнэж болно.
Катализ нь бидний амьдрал, хүрээлэн буй орчны янз бүрийн салбарт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Байгалийн катализатор болох ферментүүд нь хоол боловсруулах, бодисын солилцоо зэрэг амьдралын үйл явцад зайлшгүй шаардлагатай байдаг. Аж үйлдвэрийн хувьд катализ нь боловсруулах үйлдвэрт бензинээс эхлээд хөдөө аж ахуйд бордоо хүртэл үр ашигтай, хэмнэлттэй бүтээгдэхүүн бий болгоход чухал үүрэгтэй.
Байгаль орчны катализ нь хорт утааны ялгаралтыг бууруулахад тусалдаг. Жишээлбэл, автомашины катализаторууд нь нүүрстөрөгчийн дутуу исэл зэрэг хорт хийг нүүрстөрөгчийн давхар исэл, азотын хий зэрэг хор хөнөөл багатай бодис болгон хувиргадаг.
Ферментийн катализатор: Ферментүүд нь бодисын солилцооны хурдыг нэмэгдүүлдэг биологийн катализатор юм. Жишээлбэл, шүлсэнд агуулагдах амилаза нь цардуулыг элсэн чихэр болгон задалж, хоол боловсруулалтыг хөнгөвчилдөг.
Аж үйлдвэрийн катализ: Азот (N \(_2\) \(_2\) \(_3\) ) нийлэгжүүлэх Хабер процесс нь өндөр даралт, температурт төмрийн катализаторыг ашигладаг.
Хэдийгээр нарийвчилсан туршилтууд нь энэ хичээлээс гадуур боловч энгийн үзүүлбэрүүд нь катализийн тухай ойлголтыг харуулж чадна. Ийм нэг үзүүлбэр нь мөөгөнцрийг катализатор болгон ашиглан устөрөгчийн хэт исэл ( \(H_2O_2\) ) задлах явдал юм. Мөөгөнцөрийг устөрөгчийн хэт исэлд нэмэхэд ус (H \(_2\) O) ба хүчилтөрөгч (O \(_2\) ) болж хурдан задарч, хүчилтөрөгчийн хийн бөмбөлөгүүд илт үүсдэг. Энэ туршилт нь катализаторыг хэрэглэхгүйгээр хэрхэн урвалыг хурдасгаж болохыг харуулж байна.
Олон тооны ашиг тустай хэдий ч катализатортой ажиллах нь бас бэрхшээлтэй байдаг. Катализаторын хордлого, хольц нь катализатортой холбогдож, түүний үр нөлөөг бууруулдаг, цаг хугацааны явцад бүтцийн өөрчлөлтийн улмаас катализатор идэвхгүй болох нь нийтлэг асуудал юм. Илүү бат бөх, үр ашигтай, сонгомол катализаторыг хөгжүүлэх судалгаа үргэлжилж байна.
Тогтвортой байдал, байгаль орчны хариуцлагад анхаарлаа хандуулж байгаа бүтээн байгуулалтууд нь катализийн ирээдүй ирээдүйтэй юм. Байгаль орчинд ээлтэй катализатор, процессыг ашиглахыг чухалчилдаг ногоон катализ нь олны анхаарлыг татаж байна. Түүгээр ч зогсохгүй катализаторын нанотехнологи бий болсноор өндөр тодорхой талбай бүхий катализаторуудыг бий болгож, үр ашиг, сонгомол чанарыг дээшлүүлж байна.
Катализийн салбар бол амьдралыг тэтгэгч биохимийн процессоос эхлээд бидний найддаг материал, химийн бодисыг үйлдвэрлэдэг үйлдвэрлэлийн үйл явц хүртэл өргөн хүрээтэй нөлөө бүхий химийн сонирхолтой салбар юм. Катализийг ойлгосноор бид химийн урвалыг хэрхэн илүү үр дүнтэй, тогтвортой, байгаль орчинд ээлтэй болгох талаар ойлголттой болдог. Катализийн судалгаа үргэлжилсээр байгаа тул манай ертөнцөд эерэгээр нөлөөлөх илүү шинэлэг хэрэглээг бид харах болно гэж найдаж байна.
