Kémiai lecke a témában - katalízis
A lecke bemutatása
Célkitűzések: Az ilyen jelenség kémiai reakcióinak a katalízisre gyakorolt hatásának bemutatása. Tekintsük a kémiai reakciók osztályozását a katalizátor részvételével és a reagensek és a katalizátor fázisállapotával.
A hallgatók felkészítésének követelményei
Tudni és megérteni:
- Meghatározások "Catalysis", "homogén katalízis", "heterogén katalízis", "katalizátorok", "enzim", "inhibitorok", "katalizátor mérgek", "promoterek";
- Homogén és heterogén katalízisek;
- A katalizátorok, beleértve az enzimeket is;
- Ismertesse a kémiai reakció sebességének függését a katalizátorok hatására.
TCO: személyi számítógép, multimédiás kivetítő.
Reagensek és berendezések: Petri edények, vegyi palackok, kémiai palackok, kerámia lemez, spatula, pipetta, lárva, lámpa lámpa; vizes ammónia oldatban, réz-szulfát (II), folyékony mosószer, hidrogén-peroxid, dikromátot, ammónium, a víz, tiocianát, kálium-klorid, a vas (III), nátrium-tioszulfát, nátrium-klorid kristály, sárgarépalé, főtt sárgarépa, burgonya leve, főtt burgonya, kristályos jód, alumínium por.
A leckét megelőzően készíthet kártyákat ezen osztály hallgatóinak nevével, gyermekek jelenlétében, keverje össze őket, majd használhatja:
- Vegyünk egy kártyát, és jelezzük, hogy jelöltet választottak a hallgató számára, aki a lecke végén összefoglalja a meghallgatott anyagot (a hallgató nevét a téma magyarázatának befejezésekor jelentik be);
- Használhatja a kártyákat, ha fel kell hívnia a hallgatót, hogy mutassa be a tapasztalatokat, oszd meg csoportokba.
A tanár 1 g alumínium porot önt a kerámia lapra és 4 g finomra őrölt jódot kúpos alakúra. Nem fordulnak elő kölcsönhatások. A tanár megkérdezi a tanulókat:
- Az anyagok kölcsönhatásának folyamata nagyon lassú. Úgy gondolja, hogy növelhetem a reakció sebességét?
(A tanár 2-3 csepp katalizátort ad hozzá - a víz és a diákok megfigyelik a jód lila és ibolyaszínű gőzének megjelenését.) A reakciót egy füstelszívóban végezzük.)
Jegyezze fel a reakciót a táblázatban. Ebben a táblázatban minden olyan reakció, amelyet a tanár és a diákok a leckében végezni fognak.
reaktív anyagok
Ezután a tanár meghívja a hallgatókat, hogy hallgassák meg a tizennyolc tevérek arab példázatot:
Egykor ott élt egy ember, aki tevéket tenyésztett. Egész életében dolgozott, és amikor öreg volt, felhívta a fiait, és azt mondta:
- A gyerekeim! Öreg lettem és gyengék, és hamarosan meghalok. A halál után, oszd meg a maradék tevéket, ahogy mondom. Te, a legidősebb fiú, a legtöbbet tette - vegye fel a tevédek fele. Te, a középső fiú, csak segíteni kezdett - magadnak egy harmadik részt. És te, fiatalabb, vegye a kilencedik részt.
Az idő telt el, és az öreg meghalt. Aztán a fiai úgy döntöttek, hogy megosztják az örökséget, ahogy az apa hagyta nekik. Az állományt egy nagy területre vitték, számítva, és kiderült, hogy csak tizenhét tevé van a törzsben. És nem tudtuk megosztani őket a 2, 3 vagy 9-re! Mit kellett tenni - senki sem tudta. A fiúk vitatkozni kezdtek, és mindenki felajánlotta saját megoldását. És már belefáradtak a vitába, de nem jutottak el közös döntéshez.
Ebben az időben az utazó teve által utazott. Megkérdezte a sírást és a vitát, és megkérdezte: "Mi történt?"
A fiai pedig elmondták a szerencsétlenségükről. Az utazó leszállt a tevétől, engedje be az állományba, és azt mondta: "És most ossza el a tevékeket, ahogy az apja elrendelte."
És mikor a tevék 18, a legidősebb fia vette át a felét, azaz 9, az átlagos - harmadik, azaz 6 tevék, és a legfiatalabb a kilencedik, azaz két tevét. És amikor elváltak, így a nyáj, volt egy másik teve a mezőn, mert 9 + 6 + 2 17.
És az utazó leült a tevére, és lovagolt.
Mi a tizennyolcadik teve szerepe? És mi ennek a példabeszédnek a kapcsolata a lecke témájával?
A leckében a következő kérdésekre kell választ találnunk:
- Mi a katalizátor és a katalitikus reakció?
- Adjon példákat a szerves és szervetlen kémiai anyagokról ismert katalitikus reakciókra. Ismertesse a katalizátorok nevét.
- A katalizátorok hatásmechanizmusának kimutatása.
- Mi a katalitikus reakció jelentősége?
A diákokkal folytatott első kérdés megvitatásának eredményeként a tanár beszámol arról, hogy a vegyi reakciók gyorsabb kémiai reakcióinak egyik legáltalánosabb módja a katalizáció.
Katalizátor (a görög katalízisből - megsemmisítés) - a reakcióban résztvevő anyagok (katalizátorok vagy inhibitorok) hatására bekövetkező kémiai reakció sebességének változása, de nem részei a termékeknek.
A katalizátorok olyan anyagok, amelyek növelik a kémiai reakciók sebességét, de az összetétel és mennyiség a reakció végén változatlan marad.
Inhibitorok - olyan anyagok, amelyek lassítják a kémiai reakciók sebességét, de amelyek összetétele és mennyisége változatlan marad a reakció végén.
A homogén katalízisre példa a ruténium-peroxid és a tetraammin-mid (II) -szulfát kölcsönhatása.
A tapasztalat bemutatása (a diák meghívása, kártya segítségével választható):
Adjunk hozzá néhány csepp folyékony szappant a főzőpohárhoz, majd adjunk hozzá 2 ml komplex sóoldatot, majd adjunk hozzá hidrogén-peroxidot. Megfigyeljük a folyékony szappan habzó reakcióját.
Ezt a reakciót fel kell jegyezni a táblázatban.
A heterogén katalízis egyik példája az ammónia katalitikus oxidációja króm (III) -oxid jelenlétében levegő oxigénnel.
A tapasztalat bemutatása (egy tanár által végzett):
Egy 500 ml-es kémiai lombikban helyezzük el az ammónia oldatot és zárjuk le a dugót. Melegítsük az ammónium-dikromátot a lepárlón, majd ammónia lombikba helyezzük. Megfigyeljük a reakciót "sziklás eső".
A kísérletet a táblázatban rögzítjük.
Mit gondolsz, hogyan működnek a katalizátorok? Ne feledje a példabeszédet
tizennyolc teve. (A diákok különböző hipotéziseket kínálnak)
A laboratóriumi kísérleteket a diákok végzik, de a diák leírják az akciókra vonatkozó eljárást:
3 ml vízben lévő üvegben adjunk hozzá 1 csepp kálium-tiocianátot és vas (III) -kloridot. Az így kapott vörös oldatot 2 csőbe öntjük, egyenlő részekbe töltve. Két másik csőben az egyikhez 2 ml nátrium-tioszulfátot és 2 csepp réz (II) -szulfát-oldatot adunk. Ezután a diákok két reakciót hajtanak végre:
a) nátrium-tioszulfát oldatot adunk a vas (III) -tiocianát oldatához,
b) nátrium-tioszulfát és 2 csepp réz (II) -szulfát oldatát hozzáadjuk vas (III) -tiocianát
2 ml réz (II) -szulfát oldatot öntünk két csőbe, és ezeket egy alumínium pellet mentén helyezzük el. A katalizátor, a nátrium-klorid több kristályát adjuk az egyik csőhöz.
(Írja le a reakcióegyenleteket az asztalra)
A katalizátor hatásmechanizmusa:
A kutatások eredményei, hogy mit lehet mondani a katalizátor működéséről?
A katalízisre vonatkozó modern ötletek a következőkre korlátozódnak (természetesen a legegyszerűbb változatban). Vannak olyan kiindulási anyagok, amelyek az eredeti molekulákat alkotó atomok elképzelhetők, így a termékben más, még erősebb kötések kapcsolódnak egymáshoz. Ie A "permutáció" után atomokból álló rendszer belső energiája.
A kezdeti reagensek termékké történő átalakulásának kémiai reakciója elmúlik, de valami megakadályozza. A katalitikus reakció háromdimenziós energiaképének leírásakor olyan képeket használnak, mint a "kiindulási anyagok völgye", a "termék völgye". Közöttük - a gerinc, az energia akadály. Nem enged meg olyan atomokat annyira közel egymáshoz, hogy cserélhetnek helyeket, és új, erősebb kötéseket alkothatnak. És ugorni csak úgy, hogy a gerinc nem működik. És a katalizátorok olyan járművekké válnak, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy megtaláljuk a szükséges utat - egy kisebb magasságú átjárót. Ott, a passzban a katalizátor egy köztes aktivált komplexet képez, egyszerre vagy több sorozatban, és végül összekapcsolja az eredeti anyagok atomjait egymással, egy másik kombinációban, amire a kutatóknak szükségük van. Ezután lehetővé teszi az új vegyületek molekuláinak biztonságos bejutását az ételvölgybe, és önmagában eltávolítják az új párokat, ideális esetben - változatlanul maradnak. A valóságban azonban kiderül, hogy a katalitikus mérgek és más nehézségek rontják.
Számos elmélet magyarázza a katalizátorok hatásmechanizmusát. A homogén katalízis mechanizmusának megértése érdekében a köztes vegyületek elméletét javasoljuk.
A lényege ez az elmélet, hogy ha egy lassan áramló reakció A + B → AB jelenlétében hajtjuk K katalizátor, a katalizátor lép kémiai reakcióba az egyik a kiindulási anyagok, amely egy törékeny közbenső:
Ezután az AA közbenső terméket egy másik kiindulási anyaggal reagáltatjuk, a katalizátort felszabadítjuk:
Ha most összefoglaljuk mindkét folyamatot, megkapjuk a kezdeti egyenletet:
A harmadik kérdés megvitatása után. a diákok a tanár segítségével arra a következtetésre jutnak, hogy a katalizátor a reaktív részecskékhez szükséges energiát biztosítja a hatékony ütközéshez, azaz a katalizátor csökkenti a reakcióhoz szükséges aktiválási energiát, ezáltal a reagensek egy alternatív útvonalat képeznek a megsemmisítés és kötés útján.
A katalizátorok bizonyos tulajdonságokkal rendelkeznek:
- A katalizátorok nem hoznak létre folyamatot, hanem csak sebességüket változtatják;
- Reverzibilis reakciók esetén a katalizátorok nem változtatják meg az egyensúlyt, és nem befolyásolják az egyensúlyi konstansot, hanem csak felgyorsítják az egyensúlyi állapot elérésének folyamatát;
- A katalizátor csökkenti a reakcióhoz szükséges aktiválási energiát, ezáltal a reagensek a pusztulás és kötés alternatív útját adják;
- A katalizátorok szelektivitása, azaz felgyorsítja a reakciók közül csak az egyiket.
A katalizátorok szelektivitása a következő példában megfigyelhető.
Aldehidek és ketonok
A szigorú szelektivitás és a nagy sebesség az enzimatikus katalízis két fő jele: megkülönböztetik a laboratóriumi és a termelési katalízistől. Az emberi kéz által létrehozott katalizátorok egyike sem hasonlítható össze az enzimekkel a szerves molekulákra gyakorolt hatás erősségében és szelektivitásában.
Az enzimek nagyon specifikusak, mindegyikük csak egy kémiai reakciót gyorsít fel, 100% -os kitermeléssel. Az élő szervezetben lévő gátlók a szöveti sejtek különböző káros oxidációs reakcióit gátolják, amelyeket radioaktív sugárzás kezdeményezhet.
A biológiai katalizátorok enzimek.
Laboratóriumi tapasztalat: két Petri-csészébe fel a hidrogén-peroxid az első csésze egy darab főtt burgonya, a másik - burgonya leve.
Laboratóriumi tapasztalat: két Petri-csészébe fel a hidrogén-peroxid, az első pohár egy darab főtt sárgarépa, a másik - a sárgarépalé.
A hidrogén-peroxid egy mérgező anyag, amelyet a sejtben az életaktivitás folyamatában alakítottak ki. Figyelembe részt eltávolítását számos mérgező anyagok, ez okozhat önmérgezést (a fehérjék denaturálása, különösen az enzimeket). A H2O2 felhalmozódását megakadályozza az enzimkataláz, amely az oxigén atmoszférában létező sejtekben eloszlik. A kataláz enzim, amely a H2O2-t vízbe és oxigénbe osztja, védő szerepet játszik a sejtben. Az enzim nagyon nagy sebességgel működik, egy molekula 1 c 200 000 H2O2 → 2 H2O + O2 molekulában
- A katalizátor segítségével számos ásványi anyag hasznos szintetikus anyagokká alakítható;
- A szilárd zsírok, például a margarin folyékony olajok előállítása katalizátor nélkül lehetetlen;
- A sütés során nagy jelentőséggel bír az amiláz enzim, amely lebontja a keményítőt, és a fehérjét lebontó proteáz. A vizsgálat erjedési sebessége az amiláz aktivitásától függ;
- A szeszesital- és sörgyártó iparban az amiláz forrása lehet maláta és mikrobiális készítmények;
- A bor és a dohány fermentálás nagyon fontos polifenol-oxidáz enzim, amelynek aktivitása függ a csokor és színe a bor és a dohány minőségét;
- Bizonyos enzimeket, például pepszint használnak az orvostudományban
- A katalitikus jelenségek széles körben elterjedtek: a légzés, a tápanyagok sejtek általi asszimilációja, a fehérjék szintézise.
A megfelelő katalizátor megtalálása a kémiai reakció szempontjából egy igazi művészet. Mindent figyelembe vesz - a molekulák méretét, energiáját, az űrben való tájékozódást, az elérhetőséget, a lehetséges gazdasági hatásokat és sok más tényezőt. Nem véletlen, hogy a vegyiparban használt katalizátorok többsége szabadalmaztatott, és sokan még osztályozottak is. Egy új, hatékony katalizátor létrehozása komoly tudományos felfedezés, amelyet gyakran díjazásban részesítettek. A katalizáció területén elért felfedezéshez hét kémiai Nobel-díjat ítéltek oda. Amerikai kémikus Richard Zeira mondta katalízis koncepció „amely a legjobban jellemzi a lényege kémia”, hiszen nem csak azt bizonyítja, hogy a vegyületek átalakulásának, hanem kiemeli a szerepe az emberek ebben a folyamatban bizonyítja, képesek manipulálni a világ körülöttünk.
A lecke következtében ellenőrizzük a táblázatot a katalitikus reakciókkal, amit a mai lecke során folytattunk.
(Ezután a tanár kiveszi a diák nevével egy kártyát, melyet a fórumon javasol, hogy készítsen egy szinkrotint a tanulmányozott témára.)
A használt irodalomjegyzék.