Prezentare pentru lecție
Obiective: Să arate efectul asupra ratei reacțiilor chimice ale unui astfel de fenomen ca cataliza. Luați în considerare clasificarea reacțiilor chimice prin participarea catalizatorului și starea de fază a reactanților și a catalizatorului.
Cerințe pentru nivelul pregătirii studenților
Cunoașteți și înțelegeți:
- Definiții „Cataliza“, „cataliză de omogenă“, „cataliza heterogena“, „catalizatori“, „enzimă“, „inhibitori“, „otrăvuri“, „promotori“;
- Exemple de cataliză omogenă și heterogenă;
- Domenii de aplicare a catalizatorilor, inclusiv enzimele;
- Explicați dependența ratei reacției chimice de acțiunea catalizatorilor.
TCO: computer personal, proiector multimedia.
Reactivi și echipamente: cutii Petri, butelii chimice, flacoane chimice, placă ceramică, spatula, pipete, așchie, Spirit; soluție apoasă de amoniac, sulfat de cupru (II), detergent lichid, peroxid de hidrogen, bicromat de amoniu, apă, tiocianat, clorură de potasiu, fier (III), tiosulfat de sodiu, clorură de sodiu cristal, suc de morcov, morcovi fiert, suc de cartofi, cartofi fierți, iod cristalin, pulbere de aluminiu.
Înainte de lecție, puteți să pregăti cărți cu numele elevilor din această clasă, în prezența copiilor, să le amestecați și apoi să utilizați:
- Luați o carte și anunțați că au ales un candidat pentru elevul care, la sfârșitul lecției, va rezuma materialul auzit (numele studentului este anunțat după terminarea explicației subiectului);
- Puteți utiliza cardurile dacă trebuie să îi apelați elevului pentru a demonstra experiența, pentru a vă împărți în grupuri.
Profesorul pliculează 1 g de pulbere de aluminiu pe placa ceramică și 4 g de iod fin măcinat, cu o grămadă de conuri. Interacțiunile nu au loc. Profesorul îi întreabă pe elevi:
- Procesul de interacțiune a acestor substanțe este foarte lent. Credeți că pot crește viteza acestei reacții?
(Profesorul adaugă 2-3 picături de catalizator - apa și studenții observă apariția vaporilor de lumină și violet ai iodului.) Reacția se desfășoară într-o capotă de fum.)
Înregistrați reacția în tabel. Toate reacțiile care vor fi efectuate în timpul lecției de către profesor și studenți sunt înregistrate în acest tabel.
substanțe reactive
În continuare, profesorul îi invită pe elevi să asculte parabola araba "18 cămile":
Odată, a trăit un om care a crescut cămile. Toată viața lui a lucrat și când a fost bătrân, ia chemat pe fiii săi și ia spus:
Copii mei! Am devenit bătrân și slab și în curând voi muri. După moartea mea, împărțiți cămilele rămase așa cum vă spun eu. Tu, cel mai mare fiu, ai lucrat cel mai mult - ia jumătate din cămile. Tu, fiul din mijloc, tocmai ai început să mă ajuți - ia-ți oa treia parte. Și tu, mai tânăr, ia partea a noua.
Timpul a trecut și bătrânul a murit. Atunci fiii au decis să împartă moștenirea, așa cum le-a lăsat moștenirea tatălui. Au condus efectivul într-un câmp mare, numărau, și sa dovedit că în cireadă erau doar șaptesprezece cămile. Și nu le puteai împărți în 2, 3 sau 9! Ce trebuia făcut - nimeni nu știa. Fiii au început să se certe și fiecare și-a oferit propria soluție. Și s-au săturat să se certe, dar nu au ajuns la o decizie comună.
În acest moment călătorul călătorea cu cămilă. Auzind un strigăt și o dispută, el a întrebat: "Ce sa întâmplat?"
Și fiii au spus despre nenorocirea lor. Călătorul a coborât de la cămilă, la lăsat în cireadă și a spus: "Și acum împărțiți cămilele așa cum a comandat tatăl tău".
Și cămilele a fost de 18, cel mai vechi fiul lui a luat jumătate, adică 9, media - a treia, adică 6 cămile, și cel mai tânăr al nouălea, adică, două cămile. Și după ce au în comun, astfel încât turma, în teren a fost o altă cămilă, pentru că 9 + 6 + 2 este egal cu 17.
Călătorul se așeză pe cămilă și se îndreptă.
Care este rolul camilei a optsprezecea? Și care este legătura dintre această parabolă și tema lecției noastre?
În timpul lecției trebuie să găsim răspunsuri la următoarele întrebări:
- Ce este un catalizator și reacții catalitice?
- Dați exemple de reacții catalitice cunoscute din chimia organică și anorganică. Identificați numele catalizatorilor.
- Pentru a preciza mecanismul de acțiune al catalizatorilor.
- Care este semnificația reacției catalitice?
Ca rezultat al discuției despre prima întrebare cu elevii, profesorul informează că una dintre cele mai comune metode de accelerare a reacțiilor chimice în practica chimică este cataliza.
Catalysis (din satalysis greacă -. Distrugerea) - modificarea vitezei de reacție chimică, atunci când sunt expuse la agenți (catalizatori sau inhibitori), care sunt implicate în reacție, dar nu sunt în compoziția produsului.
Catalizatorii sunt substanțe care măresc rata reacțiilor chimice, dar compoziția și cantitatea acestora la sfârșitul reacției rămân neschimbate.
Inhibitori - substanțe care încetinesc ritmul reacțiilor chimice, dar compoziția și cantitatea acestora la sfârșitul reacției rămân neschimbate.
Un exemplu de cataliză omogenă este interacțiunea peroxidului de ruteniu cu sulfatul de tetraamminmediu (II).
Demonstrarea experienței (studentul este invitat, alegeți cu ajutorul cardurilor):
Se adaugă câteva picături de săpun lichid în paharul de laborator, apoi se adaugă 2 ml din soluția complexă de sare și apoi se adaugă peroxid de hidrogen. Observăm reacția de spumare a săpunului lichid.
Această reacție trebuie înregistrată în tabel.
Un exemplu de cataliză eterogenă este oxidarea catalitică a amoniacului cu oxigenul în aer în prezența oxidului de crom (III).
Demonstrarea experienței (realizată de un profesor):
Într-un balon chimic de 500 ml se pune soluția de amoniac și se închide dopul. Se încălzește dicromatul de amoniu pe distilat, apoi se pune într-un balon cu amoniac. Observăm reacția "ploaie înstelată".
Remediem experimentul în tabel.
Cum crezi, cum funcționează catalizatorii? Amintiți-vă pilda lui
optsprezece cămile. (Studenții oferă diferite ipoteze)
Experimentele de laborator sunt efectuate de către studenți, dar diapozitivele descriu procedura pentru acțiuni:
Într-un pahar cu 3 ml de apă se adaugă 1 picătură de soluții de tiocianat de potasiu și clorură ferică (III). Soluția roșie rezultată este turnată în 2 tuburi, umplându-le în părți egale. În alte două tuburi, 2 ml de tiosulfat de sodiu și 2 picături de soluție de sulfat de cupru (II) se adaugă la una dintre acestea. Apoi, elevii efectuează două reacții:
a) se adaugă o soluție de tiosulfat de sodiu la soluția de tiocianat de fier (III)
b) se adaugă o soluție de tiosulfat de sodiu și 2 picături de sulfat de cupru (II) la o soluție de tiocianat de fier (III)
2 ml dintr-o soluție de sulfat de cupru (II) sunt turnate în două tuburi și plasate în fiecare de-a lungul unei pelete de aluminiu. Câteva cristale de catalizator, clorură de sodiu, se adaugă la una din tuburi.
(Scrieți ecuațiile de reacție în tabel)
Mecanismul de acțiune al catalizatorului:
Prin rezultatele cercetărilor, ce este posibil să spunem despre felul în care funcționează catalizatorul?
Ideile moderne despre cataliză sunt reduse la următoarele (bineînțeles, în cea mai simplificată versiune). Există substanțe inițiale, atomii care formează moleculele originale, pot fi imaginați astfel încât în produs să fie interconectați prin alte legături, chiar mai puternice. Ie Energia internă a unui sistem format din atomi după o "permutare".
Reacția chimică a transformării reactivilor inițiali în produse ar putea trece, dar ceva împiedică. Descriind modelul tridimensional al reacției catalitice energie folosind astfel de imagini - „precursori vale“, „Valley Produse“. Între ele - creasta, bariera energetică. El nu permite atomilor atât de aproape unul de celălalt încât să poată schimba locurile și să formeze legături noi și mai puternice. Și să sari așa că creasta nu funcționează. Și catalizatorii se dovedesc a fi chiar vehiculele care vă permit să găsiți calea necesară - o trecere cu o înălțime mai mică. Acolo, la catalizatorul trece activat formează un complex intermediar, unul sau mai multe dintr-o dată succesiv, și se conectează, în final, atomii de materiile prime între ele într-o altă combinație dorită cercetători. Apoi, el permite moleculelor de compuși noi aluneca în condiții de siguranță în valea produselor, și el este eliminat pentru a conecta noile perechi, în mod ideal - rămâne neschimbat. În realitate, totuși, se pare că este mai degrabă rasfatată de otrăvurile catalitice și alte adversități.
Există o serie de teorii care explică mecanismul de acțiune al catalizatorilor. Pentru a înțelege mecanismul de cataliză omogenă, se propune o teorie a compușilor intermediari.
Esența acestei teorii este că, dacă o reacție cu curgere lentă A + B → AB efectuată în prezența catalizatorului K, catalizatorul intră într-o reacție chimică cu una dintre materiile prime, formând un intermediar fragil:
Apoi, AA intermediar reacționează cu un alt material de pornire, catalizatorul fiind eliberat:
Dacă acum rezumăm ambele procese, obținem ecuația inițială:
După discutarea celei de-a treia întrebări. studenții încheie cu ajutorul profesorului că catalizatorul furnizează energia necesară particulelor de reacție pentru coliziuni efective, adică catalizatorul reduce energia de activare necesară pentru reacție, dând reactivilor o cale alternativă de distrugere și legare.
Catalizatorii au anumite proprietăți:
- Catalizatorii nu creează un proces, ci își schimbă doar viteza;
- Pentru reacțiile reversibile, catalizatorii nu schimbă echilibrul și nu afectează constanta de echilibru, ci doar accelerează procesul de realizare a stării de echilibru;
- Catalizatorul reduce energia de activare necesară pentru reacție, dând reactivilor o cale alternativă de distrugere și legare;
- Catalizatorii au selectivitate, adică accelerați numai una din mai multe reacții.
Selectivitatea catalizatorilor poate fi observată în exemplul următor.
Aldehide și cetone
Selectivitatea strictă și viteza mare sunt două semne principale de cataliză enzimatică, diferențiind-o de cataliză de laborator și de producție. Nici unul dintre catalizatorii creați de mâinile omului nu poate fi comparat cu enzimele în puterea și selectivitatea efectului asupra moleculelor organice.
Enzimele sunt foarte specifice, fiecare dintre ele accelerează doar o reacție chimică cu un randament de 100%. Inhibitorii din organismul viu suprimă diferite reacții dăunătoare de oxidare în celulele țesuturilor care pot fi inițiate de radiații radioactive.
Catalizatorii biologici sunt enzimele.
Experiența de laborator: În două feluri de mâncare Petri punem peroxid de hidrogen, în prima ceașcă punem o bucată de cartofi fierți, în cealaltă - suc de cartofi.
Experiența de laborator: în două vase Petri am pus peroxid de hidrogen, în prima ceașcă am pus o bucată de morcovi fierți, în cealaltă - suc de morcovi.
Peroxidul de hidrogen este o substanță otrăvitoare formată într-o celulă în procesul activității vitale. Luând parte la neutralizarea unui număr de substanțe toxice, poate provoca auto-otrăvire (denaturarea proteinelor, în special a enzimelor). Acumularea de H2O2 este împiedicată de enzima catalază, care este distribuită în celule care pot exista într-o atmosferă de oxigen. Enzima catalazică, care descompune H2O2 în apă și oxigen, joacă un rol protector în celulă. Enzima funcționează la o rată foarte ridicată, o moleculă se desparte în 1c 200 000 de molecule H2O2 → 2 H2O + O2
- Cu ajutorul catalizatorului, multe minerale pot fi transformate în materiale sintetice utile;
- Producerea de grăsimi solide, de exemplu margarină, din uleiuri lichide este imposibilă fără un catalizator;
- În coacere, enzima amilază, care descompune amidonul, și proteaza, care descompune proteina, este de mare importanță. Rata de fermentare a testului depinde de activitatea amilazei;
- În industria băuturilor spirtoase și a berii, sursa de amilază poate fi malț și preparate microbiene;
- Vinul și tutunul fermentația este foarte importantă enzimă polifenol oxidază, a cărei activitate depinde de buchetul si culoarea vinului și calitatea tutunului;
- Unele enzime, de exemplu pepsină, sunt utilizate în medicină
- Fenomenele catalitice sunt larg răspândite în natură: respirația, asimilarea substanțelor nutritive de către celule, sinteza proteinelor.
Găsirea catalizatorului potrivit pentru o reacție chimică este o adevărată artă. Se iau în considerare toate - dimensiunea moleculelor, energia lor, orientarea în spațiu, accesibilitatea, posibilele efecte economice și mulți alți factori. Nu întâmplător, majoritatea catalizatorilor utilizați în industria chimică sunt brevetate, iar multe sunt chiar clasificate. Crearea unui nou catalizator eficient reprezintă o descoperire științifică serioasă, care este adesea premiată cu premii prestigioase. Pentru descoperirea în domeniul catalizei, s-au acordat șapte premii Nobel în chimie. chimist american Richard Zeira a declarat conceptul de cataliză „care caracterizează cel mai bine esența chimiei“, deoarece nu numai că demonstrează capacitatea compușilor de a transformărilor, dar, de asemenea, scoate în evidență rolul oamenilor în acest proces demonstreaza capacitatea noastra de a manipula lumea din jurul nostru.
În încheierea lecției, să verificăm tabelul cu reacțiile catalitice pe care le-am făcut pentru lecția de astăzi.
(În continuare, profesorul scoate o carte cu numele studentului, pe care îl sugerează în tablă pentru a compune o sincronizare dedicată subiectului studiat).
Lista literaturii utilizate.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: