تحقیق در مورد کاتالیزگرها

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .docx ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 10 صفحه

 قسمتی از متن .docx : 

چگونگی انجام یک واکنش شیمیایی

برای اینکه واکنش شیمیایی رخ دهد، باید پیوندهای بین اتمها و مولکولها شکسته شوند و به نحو دیگری تشکیل شوند. از آنجا که این پیوندها معمولا قوی هستند، اغلب برای شروع یک واکنش انرژی لازم است. این انرژی معمولا به شکل گرما است. مواد جدید (محصولات واکنش) خواص متفاوت با مواد اولیه (واکنش دهنده ها) دارند. واکنشهای شیمیایی فقط در آزمایشگاه رخ نمی‌دهند. این واکنشها دائما در اطراف ما در حال وقوع اند، مانند زنگ زدن اتومبیلها و پخته شدن غذا.

انواع واکنشهای شیمیایی

بعضی از واکنشهای شیمیایی بسیار سریع، یعنی ظرف چند ثانیه رخ می‌دهند. بعضی دیگر از واکنشها بسیار کند هستند و تا هزاران سال به طول می‌انجامند (فساد یک جسد مومیایی شده باستانی نمونه ای از واکنشهای بسیار کند است).

نحوه انجام واکنش

برای اینکه یک واکنش شیمیایی رخ دهد، باید مواد واکنش‌دهنده با هم تماس یابند تا محصولات جدیدی را تشکیل دهند. هر چیزی که تماس بین ذرات واکنش‌دهنده را افزایش دهد، سرعت واکنش را زیاد می‌کند. این کار را به چند طریق می‌توان انجام داد:

با افزایش غلظت واکنش‌دهنده‌ها ، بطوری که ذرات بیشتری وجود داشته باشد. به این ترتیب ذرات به دفعات بیشتری به هم برخورد می‌کنند و بنابر این سریعتر واکنش می‌کنند و محصولات واکنش را تشکیل می‌دهند.

با افزایش فشار درون ظرف واکنش ، بطوری که ذرات به هم فشرده شوند و در نتیجه بیشتر به هم برخورد کنند.

با افزایش دمایی که واکنش در آن رخ می‌دهد. این کار به ذرات انرژی بیشتری می‌دهد، در نتیجه سریعتر حرکت می‌کنند و به دفعات بیشتری برخورد می‌کنند.

با افزایش مساحت رویه واکنش‌دهنده‌ها با شکستن فیزیکی آنها. این کار فرصت بیشتری را برای تماس و واکنش به واکنش‌دهنده‌ها می‌دهد.

/

استفاده از کاتالیزور

راه دیگری برای تغییر سرعت یک واکنش استفاده از کاتالیزور است. کاتالیزور ماده ای است که سرعت یک واکنش را تغییر می‌دهد، اما خود آن در پایان واکنش از نظر شیمیایی بدون تغییر می‌ماند. کاتالیزگرها معمولا واکنش را سریعتر می‌کنند. این مواد این کار را با فراهم کردن مسیر دیگری برای واکنش انجام می‌دهند، مسیری که نیاز به انرژی کمتری دارد.به دلیل پائین آمدن «سد» انرژی ذرات بیشتری واکنش می‌کنند و واکنش سریعتر انجام می‌شود. کاتالیزگرها در تولید صنعتی مواد مختلف، مانند بنزین ، مارگارین ، آمونیاک اهمیت زیادی دارند. اکثر کاتالیزگرهای صنعتی فلز هستند و به شکل دانه های فلزاند. بعضی از کاتالیزگرها برای کند کردن واکنشها به کار می‌روند و بازدارنده نامیده می‌شوند.

اکسایش و کاهش

اکسایش و کاهش فرایندهایی هستند که در بعضی واکنشهای شیمیایی رخ می‌دهند: وقتی که اکسیژن به ماده ای اضافه می‌شود، وقتی که ماده ای هیدروژن از دست می‌دهد و وقتی که ماده ای الکترون از دست می‌دهد.کاهش ، عکس اکسایش است. این فرایند در سه حالت رخ می‌دهد: وقتی که ماده ای اکسیژن از دست می‌دهد، وقتی که ماده ای هیدروژن بدست می‌آورد و وقتی که مادهای الکترون بدست می آورد.به عنوان مثال وقتی که منیزیم در هوا سوزانده می‌شود، این فلز با به دست آوردن اکسیژن و اکسیده شدن تبدیل به خاکستر می‌شود. این خاکستر اکسید منیزیم است.

واکنشهای اکسایش و کاهش

اکسایش و کاهش همیشه همراه با هم در یک واکنش رخ می‌دهند.در این صورت، واکنش را واکنش اکسایش- کاهش می‌نامند. بعضی از واکنشهای اکسایش- کاهش در صنعت مفید است. مثلا استخراج آهن از سنگ معدن آن با ترکیب کردن سنگ معدن با منواکسید کربن در کوره بلند آهن انجام می‌شود. در این واکنش سنگ معدن آهن اکسیژن از دست می‌دهد و آهن تشکیل می‌شود و منواکسید کربن ، اکسیژن بدست می‌آورد و تبدیل به دی‌اکسید کربن می‌شود.

شیمی فضایی پلی-۱-آلکن‌ها

بسپارش آلکان‌های شاخه‌دار از لحاظ فضایی می‌تواند به روش‌های متنوعی صورت بگیرد. شیمی فضایی در زنجیرهٔ بسپاری می‌تواند به صورت تک‌آرایش , هم‌آرایش, یا بی‌آرایش باشد.

بسپارهای تک‌آرایش زمانی وجود دارند که تمامی مراکز کایرال از شیمی فضایی یکسانی برخوردار باشند. مراکز بسپارهای هم‌آرایش با حالت فضایی بسپار تغییر می‌کنند. بسپارهای بی‌آرایش مراکز کایرال معمولی ندارند. کاتالیزگرهای زیگلر-ناتا به دلیل کارایی بسیار خوب‌شان در تهیه بسپارهای ایزوتکتیک ( در جایی که بسپارش با رادیکال آزاد منتج به اتکتیک بسپارها می‌شود) نقشی غیرقابل انکاری دارند. سیستم‌های کاتالیزی مانند VCl4 بسپارهای هم‌آرایش را تولید کرده و با خط سیری متفاوت با سیستم‌های TiCl4 را طی می‌کنند. اولین بسپار سنتز شده با این کاتالیزگر پلی‌اتیلن بود که محصول آن هیچ مرکز فعال نوری نداشت. ناتا از این سیستم کاتالیزی استفاده کرد و به پلیمری کردن ۱-آلکن‌ها نظیر پروپیلن روی آورد تا پلی‌پروپیلن ایزوتکتیک تولید کند.

[ویرایش] تهیهٔ کاتالیزگرها

کاتالیزگر زیگلر و ناتا از اثر بلورهای α-TiCl3 با [AlCl(C2H5)2]2 تولید می‌شود . فلز تیتانیوم یک ساختار بلورین که در آن تمامی یون‌های تیتانیوم با ۶ یون کلر در یک ساختار هشت‌وجهی متبلور می‌شوند را تشکیل می‌دهند . در گوشه‌های بلور، در واقع کلرهای بلااستفاده‌ای در مکان‌هایی که فلز پیوند بازدارد, وجود دارند. یکی از این محل‌های خالی می‌تواند با دادن الکترون‌های یکی از گروه‌های CH2 در AlCl(Et)2 پر شود. آخرین سایت خالی نیز با یک سیستم پای دهنده (مانند آلکن) پر می‌شود. لیگاندهای فلز آلکن وارد شونده را با توجه به رشد زنجیرهٔ بسپاری محدود می‌کنند تا بدین ترتیب یک ساختار فضایی خاصی را به آن تحمیل کنند.(4) در طی مراحلی که شامل جابه جایی الکترون و مهاجرت است تحت مکانیزم کاسی–آرلمان گسترش بسپار به طور فضا ویژه توضیح داده می‌شود. وارد شدن گروه آلکیل جدید به زنجیرهٔ بسپار در فلز واسطه به وقوع می‌پیوندد, و بسپار رشد کرده و پیوندی با کاتالیست آلکیل آمونیون آن چنان که در واکنش زیر می‌بینید , بر قرار می‌کند .

R2AlC2H5 + (n-1) CH2=CH2 --> R2Al(CH2CH2)nH

با حذف یک هیدروژن بتا مرحلهٔ پایانی به وقوع می پیوندد ؛ که در آن هیدروژن توسط فلز جذب شده و تشکیل پایانهٔ کربن را با ایجاد یک باند دوگانه می‌دهد. ( از طریق واکنش زیر : R2AlCH2CH2R' --> R2AlH + CH2=CH2R' روش معادل دیگر برای تشکیل این کاتالیزور استفاده از TiCl4 و AlEt3 است . تیتانیوم کلرید تری اتیل آلومینیوم در محلولی قرارداده می‌شوند حساس به آب و پیروفوریک نسبت به هوا .. در نتیجه کاتالیزگر باید در شرایط اتمسفر خنثی تهیه شود. سیستم کاتالیست بسیار فضاگزین تر است هنگامی که کمپلکس تیتانیوم-آلومینیم بر روی MgCl2 به منظور رسیدن به گزین پذیری بالا برای محصول پلیمری ایزوتکتیک ؛ از یک اسید لویس باید استفاده شود. برای تهیهٔ این کاتالیزگر باز لویس و منیزیم کلرید با یکدیگر آسیا شده و با محلول هپتان حاوی TiCl4 مخلوط می‌شود. و جامد حاصل براحتی با صاف کردن جدا می‌شود. سپس کاتالیست با اضافه کردن این جامد به محلول هپتانی که با آلکن مورد نظر اشباع شده اضافه می‌شود و هنگامی که AlEt3 اضافه می‌شود و کمی هم محلول را به آهستگی حرارت می‌دهیم، واکنش بسپارش آغاز می‌شود.

[ویرایش] مکانیزم و منشا فضاگزینی

این فضا نظمی حاصل از مکانیزم گسترش بسپاری به نام Cossee-Arlman mechanism شناخته می‌شود , که در آن در مکان‌های اشغال نشده در سطح تیتانیوم کلر می‌نشیند.

ترکیبات آلی-فلزی دیگری هم فادر به ایجاد بسپارهای فضا نظم هستند مانند ترکیبات متالوسن. یکی از این ترکیبات (Cp)2TiCl2 است ؛ این ترکیب مانند بلورهای TiCl3 جایگاه اشغال نشده ندارد و در نتیجه می‌بایست با ترکیبات آلکیل آمونیوم فعال گردد. بسیار مرسوم است که از ترکیبات MAO یا متیل آلومین اکسان ([CH3AlO]n) به عنوان کمک‌کاتالیزگر استفاده شود . مانند AlEt3 , کمپلکس

تحقیق در مورد کاتالیزگرها

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .docx ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 10 صفحه

 قسمتی از متن .docx : 

چگونگی انجام یک واکنش شیمیایی

برای اینکه واکنش شیمیایی رخ دهد، باید پیوندهای بین اتمها و مولکولها شکسته شوند و به نحو دیگری تشکیل شوند. از آنجا که این پیوندها معمولا قوی هستند، اغلب برای شروع یک واکنش انرژی لازم است. این انرژی معمولا به شکل گرما است. مواد جدید (محصولات واکنش) خواص متفاوت با مواد اولیه (واکنش دهنده ها) دارند. واکنشهای شیمیایی فقط در آزمایشگاه رخ نمی‌دهند. این واکنشها دائما در اطراف ما در حال وقوع اند، مانند زنگ زدن اتومبیلها و پخته شدن غذا.

انواع واکنشهای شیمیایی

بعضی از واکنشهای شیمیایی بسیار سریع، یعنی ظرف چند ثانیه رخ می‌دهند. بعضی دیگر از واکنشها بسیار کند هستند و تا هزاران سال به طول می‌انجامند (فساد یک جسد مومیایی شده باستانی نمونه ای از واکنشهای بسیار کند است).

نحوه انجام واکنش

برای اینکه یک واکنش شیمیایی رخ دهد، باید مواد واکنش‌دهنده با هم تماس یابند تا محصولات جدیدی را تشکیل دهند. هر چیزی که تماس بین ذرات واکنش‌دهنده را افزایش دهد، سرعت واکنش را زیاد می‌کند. این کار را به چند طریق می‌توان انجام داد:

با افزایش غلظت واکنش‌دهنده‌ها ، بطوری که ذرات بیشتری وجود داشته باشد. به این ترتیب ذرات به دفعات بیشتری به هم برخورد می‌کنند و بنابر این سریعتر واکنش می‌کنند و محصولات واکنش را تشکیل می‌دهند.

با افزایش فشار درون ظرف واکنش ، بطوری که ذرات به هم فشرده شوند و در نتیجه بیشتر به هم برخورد کنند.

با افزایش دمایی که واکنش در آن رخ می‌دهد. این کار به ذرات انرژی بیشتری می‌دهد، در نتیجه سریعتر حرکت می‌کنند و به دفعات بیشتری برخورد می‌کنند.

با افزایش مساحت رویه واکنش‌دهنده‌ها با شکستن فیزیکی آنها. این کار فرصت بیشتری را برای تماس و واکنش به واکنش‌دهنده‌ها می‌دهد.

/

استفاده از کاتالیزور

راه دیگری برای تغییر سرعت یک واکنش استفاده از کاتالیزور است. کاتالیزور ماده ای است که سرعت یک واکنش را تغییر می‌دهد، اما خود آن در پایان واکنش از نظر شیمیایی بدون تغییر می‌ماند. کاتالیزگرها معمولا واکنش را سریعتر می‌کنند. این مواد این کار را با فراهم کردن مسیر دیگری برای واکنش انجام می‌دهند، مسیری که نیاز به انرژی کمتری دارد.به دلیل پائین آمدن «سد» انرژی ذرات بیشتری واکنش می‌کنند و واکنش سریعتر انجام می‌شود. کاتالیزگرها در تولید صنعتی مواد مختلف، مانند بنزین ، مارگارین ، آمونیاک اهمیت زیادی دارند. اکثر کاتالیزگرهای صنعتی فلز هستند و به شکل دانه های فلزاند. بعضی از کاتالیزگرها برای کند کردن واکنشها به کار می‌روند و بازدارنده نامیده می‌شوند.

اکسایش و کاهش

اکسایش و کاهش فرایندهایی هستند که در بعضی واکنشهای شیمیایی رخ می‌دهند: وقتی که اکسیژن به ماده ای اضافه می‌شود، وقتی که ماده ای هیدروژن از دست می‌دهد و وقتی که ماده ای الکترون از دست می‌دهد.کاهش ، عکس اکسایش است. این فرایند در سه حالت رخ می‌دهد: وقتی که ماده ای اکسیژن از دست می‌دهد، وقتی که ماده ای هیدروژن بدست می‌آورد و وقتی که مادهای الکترون بدست می آورد.به عنوان مثال وقتی که منیزیم در هوا سوزانده می‌شود، این فلز با به دست آوردن اکسیژن و اکسیده شدن تبدیل به خاکستر می‌شود. این خاکستر اکسید منیزیم است.

واکنشهای اکسایش و کاهش

اکسایش و کاهش همیشه همراه با هم در یک واکنش رخ می‌دهند.در این صورت، واکنش را واکنش اکسایش- کاهش می‌نامند. بعضی از واکنشهای اکسایش- کاهش در صنعت مفید است. مثلا استخراج آهن از سنگ معدن آن با ترکیب کردن سنگ معدن با منواکسید کربن در کوره بلند آهن انجام می‌شود. در این واکنش سنگ معدن آهن اکسیژن از دست می‌دهد و آهن تشکیل می‌شود و منواکسید کربن ، اکسیژن بدست می‌آورد و تبدیل به دی‌اکسید کربن می‌شود.

شیمی فضایی پلی-۱-آلکن‌ها

بسپارش آلکان‌های شاخه‌دار از لحاظ فضایی می‌تواند به روش‌های متنوعی صورت بگیرد. شیمی فضایی در زنجیرهٔ بسپاری می‌تواند به صورت تک‌آرایش , هم‌آرایش, یا بی‌آرایش باشد.

بسپارهای تک‌آرایش زمانی وجود دارند که تمامی مراکز کایرال از شیمی فضایی یکسانی برخوردار باشند. مراکز بسپارهای هم‌آرایش با حالت فضایی بسپار تغییر می‌کنند. بسپارهای بی‌آرایش مراکز کایرال معمولی ندارند. کاتالیزگرهای زیگلر-ناتا به دلیل کارایی بسیار خوب‌شان در تهیه بسپارهای ایزوتکتیک ( در جایی که بسپارش با رادیکال آزاد منتج به اتکتیک بسپارها می‌شود) نقشی غیرقابل انکاری دارند. سیستم‌های کاتالیزی مانند VCl4 بسپارهای هم‌آرایش را تولید کرده و با خط سیری متفاوت با سیستم‌های TiCl4 را طی می‌کنند. اولین بسپار سنتز شده با این کاتالیزگر پلی‌اتیلن بود که محصول آن هیچ مرکز فعال نوری نداشت. ناتا از این سیستم کاتالیزی استفاده کرد و به پلیمری کردن ۱-آلکن‌ها نظیر پروپیلن روی آورد تا پلی‌پروپیلن ایزوتکتیک تولید کند.

[ویرایش] تهیهٔ کاتالیزگرها

کاتالیزگر زیگلر و ناتا از اثر بلورهای α-TiCl3 با [AlCl(C2H5)2]2 تولید می‌شود . فلز تیتانیوم یک ساختار بلورین که در آن تمامی یون‌های تیتانیوم با ۶ یون کلر در یک ساختار هشت‌وجهی متبلور می‌شوند را تشکیل می‌دهند . در گوشه‌های بلور، در واقع کلرهای بلااستفاده‌ای در مکان‌هایی که فلز پیوند بازدارد, وجود دارند. یکی از این محل‌های خالی می‌تواند با دادن الکترون‌های یکی از گروه‌های CH2 در AlCl(Et)2 پر شود. آخرین سایت خالی نیز با یک سیستم پای دهنده (مانند آلکن) پر می‌شود. لیگاندهای فلز آلکن وارد شونده را با توجه به رشد زنجیرهٔ بسپاری محدود می‌کنند تا بدین ترتیب یک ساختار فضایی خاصی را به آن تحمیل کنند.(4) در طی مراحلی که شامل جابه جایی الکترون و مهاجرت است تحت مکانیزم کاسی–آرلمان گسترش بسپار به طور فضا ویژه توضیح داده می‌شود. وارد شدن گروه آلکیل جدید به زنجیرهٔ بسپار در فلز واسطه به وقوع می‌پیوندد, و بسپار رشد کرده و پیوندی با کاتالیست آلکیل آمونیون آن چنان که در واکنش زیر می‌بینید , بر قرار می‌کند .

R2AlC2H5 + (n-1) CH2=CH2 --> R2Al(CH2CH2)nH

با حذف یک هیدروژن بتا مرحلهٔ پایانی به وقوع می پیوندد ؛ که در آن هیدروژن توسط فلز جذب شده و تشکیل پایانهٔ کربن را با ایجاد یک باند دوگانه می‌دهد. ( از طریق واکنش زیر : R2AlCH2CH2R' --> R2AlH + CH2=CH2R' روش معادل دیگر برای تشکیل این کاتالیزور استفاده از TiCl4 و AlEt3 است . تیتانیوم کلرید تری اتیل آلومینیوم در محلولی قرارداده می‌شوند حساس به آب و پیروفوریک نسبت به هوا .. در نتیجه کاتالیزگر باید در شرایط اتمسفر خنثی تهیه شود. سیستم کاتالیست بسیار فضاگزین تر است هنگامی که کمپلکس تیتانیوم-آلومینیم بر روی MgCl2 به منظور رسیدن به گزین پذیری بالا برای محصول پلیمری ایزوتکتیک ؛ از یک اسید لویس باید استفاده شود. برای تهیهٔ این کاتالیزگر باز لویس و منیزیم کلرید با یکدیگر آسیا شده و با محلول هپتان حاوی TiCl4 مخلوط می‌شود. و جامد حاصل براحتی با صاف کردن جدا می‌شود. سپس کاتالیست با اضافه کردن این جامد به محلول هپتانی که با آلکن مورد نظر اشباع شده اضافه می‌شود و هنگامی که AlEt3 اضافه می‌شود و کمی هم محلول را به آهستگی حرارت می‌دهیم، واکنش بسپارش آغاز می‌شود.

[ویرایش] مکانیزم و منشا فضاگزینی

این فضا نظمی حاصل از مکانیزم گسترش بسپاری به نام Cossee-Arlman mechanism شناخته می‌شود , که در آن در مکان‌های اشغال نشده در سطح تیتانیوم کلر می‌نشیند.

ترکیبات آلی-فلزی دیگری هم فادر به ایجاد بسپارهای فضا نظم هستند مانند ترکیبات متالوسن. یکی از این ترکیبات (Cp)2TiCl2 است ؛ این ترکیب مانند بلورهای TiCl3 جایگاه اشغال نشده ندارد و در نتیجه می‌بایست با ترکیبات آلکیل آمونیوم فعال گردد. بسیار مرسوم است که از ترکیبات MAO یا متیل آلومین اکسان ([CH3AlO]n) به عنوان کمک‌کاتالیزگر استفاده شود . مانند AlEt3 , کمپلکس