Эволюция Вселенной

Катализ - ускорение химической реакции в присутствии особых веществ — катализаторов, которые взаимодействуют с реагентами, но в реакции не расходуются и не входят в конечный состав продуктов.

Каталитические процессы различаются по своей физической и химической природе:

• гетерогенный катализ - химическая реакция взаимодействия жидких или газообразных реагентов идет на поверхности твердого катализатора;
• гомогенный катализ - химическая реакция идет либо в газовой смеси, либо в жидкости, где растворены как катализатор, так и реагенты;
• электрокатализ - реакция идет на поверхности электрода в контакте с раствором и под воздействием электрического тока;
• фотокатализ - реакция идет на поверхности твердого тела или в растворе и стимулируется энергией поглощенного излучения.

Наибольшее  распространение имеет гетерогенный катализ, с его помощью осуществляется до 80% всех каталитических реакций в  современной химии.

Сегодня мы уже можем сделать некоторые  выводы о сущности катализа.

1. Реагирующие вещества вступают в контакт с катализатором, взаимодействуют с ним, в результате чего происходит расслабление химических связей. Если реакция происходит в отсутствие катализатора, то активация молекул реагирующих веществ должна происходить за счет подачи в реактор энергии извне.
2. В общем случае любую каталитическую реакцию можно представить проходящей через промежуточный комплекс, в котором происходит перераспределение расслабленных химических связей.
3. В подавляющем большинстве случаев в качестве катализаторов выступают соединения бертоллидного типа — соединения переменного состава, отличающиеся наличием в них ослабленных химических связей или даже свободных валентностей, что придает им высокую химическую активность. Их молекулы содержат широкий набор энергетически неоднородных связей или даже свободные атомы на поверхности.
4. Следствием взаимодействия реагентов с катализатором является ход реакции в заданном направлении, увеличение скорости реакции, так как на поверхности катализатора увеличивается число встреч реагирующих молекул. Кроме того, катализатор захватывает некоторую часть энергии экзотермической реакции для энергетической подпитки все новых актов реакции и ее общего ускорения.

5. Четвертый способ решения основной проблемы химии.

Четвертый уровень химического  знания

В 60—70-е  годы XX в. появился четвертый способ решения основной проблемы химии, открывающий  пути использования в производстве материалов самые высокоорганизованные химические системы, какие только возможны в настоящее время. В основе этого способа лежит принцип использования в процессах получения целевых продуктов таких условий, которые приводят к самосовершенствованию катализаторов химических реакций, то есть к самоорганизации химических систем. В сущности, речь идет об использовании химического опыта живой природы. Это своеобразная биологизация химии. Химический реактор предстает как некое подобие живой системы, для которой характерны саморазвитие и определенные черты поведения. Так появилась эволюционная химия как высший уровень развития химического знания.

Под эволюционньми проблемами в химии  понимают процессы самопроизвольного (без участия человека) синтеза  новых химических соединений, являющихся более сложными и высокоорганизованными продуктами по сравнению с исходными веществами. Поэтому эволюционную химию заслуженно считают считают предбиологией, наукой о самоорганизации и саморазвитии химических систем.

Возникновению эволюционной химии способствовали исследования в области моделирования биокатализаторов — ферментов. Для освоения опыта живой природы и реализации полученных знаний в промышленности химики наметили ряд перспективных путей.

Во-первых, химики ведут исследования в области  металло-комплексного катализа, который  обогащается приемами, используемыми живыми организмами в реакциях с участием ферментов

Во-вторых, ученые пытаются моделировать биокатализаторы. Уже удалось создать модели многих ферментов, которые извлекаются  из живой клетки и используются в  химических реакциях. Но проблема осложняется тем, что ферменты, устойчивые внутри живой клетки, вне ее быстро разрушаются.

В-третьих, развивается химия иммобилизованных систем. При этом ферменты, выделенные из живого организма, закрепляются на твердой поверхности путем адсорбции. Пионером в этой области выступил русский химик И. В. Березин. Благодаря его исследованиям биокатализаторы стали стабильными, устойчивыми в химических реакциях, появилась возможность их многократного использования.

В-четвертых, глобальной целью современной химии  является решение самой широкой задачи - освоение и использование всего опыта живой природы. Это позволит химикам создать полные аналоги живых систем, в которых будут синтезироваться самые разнообразные вещества. Таким образом, будут созданы принципиально новые химические технологии.

Сегодня уже совершенно ясны перспективы создания и развития новой химии, на основе которой будут созданы малоотходные, безотходные и энергосберегающие промышленные технологии.