Shoshiltiruvchilar…

Shoshiltiruvchilar…

Ko‘plab kimyoviy ishlab chiqarishlarda, texnologik jarayonlarning asosini KATALIZ tashkil etadi. o‘z tanamizdagi fermentlar haqida eslab ko‘rsak esa, katalizatorlar, tirik organizmlar hayoti uchun ham eng va o‘ta muhim moddalar hisoblanadi. Ushbu maqolada, aynan katalizator moddalarning qanday qilib kimyoviy reaksiyalarni tezlashtirishi hamda, ularning ta’sir mexanizmlari haqida ma’lumot beramiz. Maqolada qiziqarli tarixiy ma’lumotlarga ham ega bo‘lishingiz mumkin.

Kimyoga ixtisoslashgan oliy o‘quv yurtlarida talabalarning laboratoriyalarda olib boradigan ilk mustaqil kimyoviy tajribalaridan biri — Bertolle tuzini qizdirish orqali kislorod olishdan iborat. Agar tajribada faqat Bertolle tuzini qizdirish bilan cheklanib qolinsa ham, albatta kislorod hosil bo‘laveradi, biroq, buning uchun ancha yuqori harorat, demakki ko‘p energiya, hamda, uzoq muddat sarflanishi lozim bo‘ladi. Shu sababli ham yosh kimyogar, yoki ustozidan, yoki qo‘llanmalardan, reaksiyani tezlatish maqsadida, jarayonga marganes ikki oksidini ham jalb etish haqida ko‘rsatma oladi. Ushbu aralashma reaksiyaga jalb qilingach, kislorod ajralib chiqishi tezroq, ko‘proq va nisbatan past haroratlarda yuz bera boshlaydi.

Marganes ikki oksidning ahamiyati nimada? Ushbu modda reaksiyada ishtirok etmaydi, reaksiya yakunlangach, o‘zining avvalgi miqdoricha, hech bir o‘zgarishlarsiz saqlanib qoladi. Lekin uning o‘sha joyda mavjudligi, amalda kislorod olinishi jarayonini tezlashtiradi. U reaksiyani shoshiltiradi, ya’ni, katalizator vazifasini bajaradi.

Ushbu hodisani qanday tushuntirish mumkin? Balki MnO molekulalari masofadan turib ta’sir qilish xususiyatiga egadir? Yoki ular Bertolle tuziga elektrosensor ta’sir ko‘rsatadimi? Keling, chuqurroq tahlil qilib ko‘ramiz…

Avval boshdan boshlasak: ko‘p asrlar davomida kimyogarlarga katalizatorlar juda-juda yetishmagan.

Qadimgi alkimyogarlarning muttasil ravishda, har qanday metallni (yoki jismni) oltinga aylantirishga uringanliklari haqida ko‘p o‘qiganmiz. Va bilamizki, bu maqsadlariga ular yetisha olgan emaslar. Navbatdagi natijasiz urinishlar va foydasiz tajribalar seriyasidan so‘ng, ehtimolki ulardan biriga, reaksiya uchun yana qandaydir muhim narsa yetishmayotganidek tuyulgan bo‘lsa kerak. Ayrim kengroq fikrlovchi olimlar esa, oltinga aylantirish uchun reaksiyaga kiritilayotgan moddalarga yana «biror muhim narsa» qo‘shish lozimki, u doim topsa bo‘ladigan oddiy moddalarni qimmatbaho metall — tillaga aylanishga majbur qilsin degan g‘oyalarga ham ega bo‘lishgan. o‘sha «biror muhim narsa«ning ozroq miqdori nisbatan ko‘proq miqdorda oltin hosil qilishga yetarli bo‘lishi, lekin, reaksiya yakunlangach, uning miqdori o‘zgarishsiz qolib, keyingi ishlar uchun foydalanish mumkin bo‘lishi kerak… Nima ham derdik, yaxshi g‘oya, biroq alkimyogarlarga, arzon-garov yoki, tekin tilla olish nasib etmaganidek, uni olishni tezlatadigan moddani ixtiro qilish ham buyurmagan ekan. Har holda, o‘rta asr alkimyogarlari bunday modda haqida ko‘p gapirishgan bo‘lsa-da, lekin uni o‘zini hech kim ko‘rmagan. Biroq uni o‘zaro suhbatlarda, qandaydir tuproqqa o‘xshash quruq narsa sifatida tasvirlashgan. Qadimgi alkimyogarlarga tegishli bo‘lgan, biroq, ilmiy manbadan ko‘ra ko‘proq har xil sehr-jodular yozilgan afsun kitobiga o‘xshaydigan qo‘lyozmalarda, bunday modda «xerion« — yunonchasiga «quruq« ma’nosini anglatuvchi so‘z bilan ifodalangan.

VIII asrga kelib, musulmon sharqida ilm-fan gurkirab rivojlana boshladi. Islom ulamolari nafaqat diniy yoki falsafiy bilimlar borasida, balki, aniq fanlar, xususan kimyoda ham o‘z zamonasining yetakchilariga aylanishdi. Ovro‘palik alkimyogarlarning bo‘lmag‘ur narsalardan ham tilla olish haqidagi homxayollari bitilgan yozuvlardan xabardor bo‘lgan islom olimlari, undagi «xerion« nomi bilan atalgan moddani, arab tilidagi muqobili asosida «al-iksir« tarzida qayd etishgan. XIII asrga kelib arab tilida yozilgan ilmiy qo‘lyozmalar ko‘hna qit’aga tarqala boshlagach, ajnabiylar «al-iksir«ni mahalliy talaffuzga moslab «eliksir«ga aylantirib olishgan. Keyinchalik esa, ayrim falsafiy va ilmiy doiralarda bu modda haqida «falsafa toshi» sifatida yuritila boshlangan. Ushbu nom asosida esa, endilikda avom xalq orasida unga shunchaki har qanday moddani oltinga aylantiruvchi vosita sifatida emas, balki, har qanday kasallikni davolovchi shifobaxsh narsa, va hattoki, kishiga abadiy hayot baxsh etuvchi boqiylik kaliti sifatida qarovchilar ham ko‘payib ketdi. Natijada, vaqt o‘tishi bilan, alkimyogarlar va shunga o‘xshash yuzaki ilmiy muddao egalari orasida «hayot eliksiri«, «boqiylik dorisi« kabi tushunchalar yuzaga kelib, keng tarqaldi…

Asrlar davomida ko‘plab avlod vakillaridan, kimki ermakka boshqa narsasi bo‘lmasa, yoki, nomini abadiyatga muhrlash istagi bo‘lsa, erinmasdan «falsafa toshi« va/yoki «hayot eliksiri«ni qidirish bilan mashg‘ul bo‘lishdi. Asrlar o‘tib, xususiyatlari shunga o‘xshash modda kashf etilganida esa, uning ta’siri, ming yillik orzulardagidek — istalgan narsani ko‘zni quvnatuvchi tilla uyumiga aylantiradigan narsa emas, balki, zaharli va hayot uchun xavfli bo‘lgan oltingugurt kislotasining hosil bo‘lishiga sabab bo‘luvchi tezlatgich bo‘lib chiqdi.

…1740-yilgacha oltingugurt kislotasi ishlab chiqarish o‘ta murakkab, uzoq vaqt talab etuvchi, demakki, ancha qimmat jarayon bo‘lgan. Nazariy jihatdan hammasi oddiy edi: avvaliga oltingugurtni kislorodli muhitda yoqish va oltingugurt ikki oksidi (SO₂) hosil qilish zarur bo‘lgan; keyin esa olingan SO₂kuydirish yo‘li bilan, SO₃ hosil qilish talab etilgan. Tayyorlangan SO₃ ni suvga aralashtirib (ya’ni eritib), H₂SO₄ — oltingugurt kislotasiga aylantirish kifoya edi. Qiyinchilik shunda ediki, oltingugurtning kislorod bilan birikish jarayoni juda sekin borib, ishni qiyinlashtirar va mahsulot tannarxini ortishiga eng katta omil bo‘lar edi.

XVIII asrning 40-yillariga kelib, ingliz oltingugurt kislotasi ishlab chiqaruvchilardan biri — Joshua Uord, uzoq yillik kuzatuvlar asosida, selitra (kaliy nitrati) o‘zi yonmaydigan modda bo‘lsa hamki, uglerod va oltingugurtni nisbatan faolroq yonishga majbur qilishini sezib qoldi. U endilikda, qisqa vaqt ichida arzon va keraklikcha miqdorda SO₃ hosil qilishni o‘rganib oldi, o‘z texnologik siri sifatida, yonayotgan oltingugurtga kam miqdorda selitra qo‘shib yuborishni yo‘lga qo‘ydi.

Biroq Joshua Uordning hayrati va yoqa ushlashiga sabab bo‘lib, texnologik jarayonga jalb etilayotgan tezlatgich modda- selitraning o‘zi, jarayon yakunida na hajman, va na vazniga ko‘ra hech bir kamayishlarsiz, avvalgidek miqdorda qolaverardi. Uord o‘z ixtirosini hukumat patenti bilan rasmiylashtirib oldi va zamonasining oltingugurt kislotasi magnatiga aylandi. U ishlab chiqargan ushbu kislota tannarxi keskin arzonlashdi va avvalgi narx-navoga nisbatan atiga 5% ni tashkil etardi. Bu esa Uordning raqobatchilari oldidagi ulkan muvaffaqiyati edi. Bir so‘z bilan aytganda, Uord kimyoviy reaksiyaning borishini, katalizator yordamida tezlatish mumkinligini amalda isbotlab berdi.

Joshua Uordning ushbu muvaffaqiyati faqat uning tijorat ishlarida qolib ketdi. U mazkur hodisaga hech bir tayinli ilmiy tushuntirish va asoslash keltira olmadi. Shunchaki, «tabiatning yordami« kabi qarash esa, tabiiyki, allaqachon Isaak Nyuton, Uilyam Garvey kabi daholarni yetishtirib chiqargan Qirollik Akademiyasini qanoatlantirmas edi. Uzoq vaqt ochiq qolgan savollarga ilk marta 1806 yilga kelib, farang kimyogarlari Sharl Bernar Dezorm hamda, Nikolya Kleman javob berishga urinib ko‘rishdi. Ular ilgari surgan tushuntirishlardan biri, bizning zamonamizga ham yetib kelgan.

Ularning fikriga ko‘ra, oltingugurt va selitra birgalikda yongan vaqtda, oltingugurt ikki oksid selitra molekulalarining bir qismi bilan o‘zaro ta’sirlashib, murakkab birikma hosil qiladi. Kislorod birikmaning selitrali qismidan oltingugurtli qismiga ko‘chib o‘tadi va undan so‘ng molekulalari parchalanib, oltingugurt uch oksid hosil qiladi. Qoldiqlar esa (selitraning fragmentlari minus kislorod) yetishmayotgan kislorodni atmosferadan o‘zlashtirib oladi. Natijada selitraning molekulalari qayta tiklanadi va qaytadan oltingugurt ikki oksid bilan o‘zaro ta’sirlashib, yana unga o‘zidagi kislorodni uzatishi mumkin bo‘ladi. Bu fikrga ko‘ra, jarayondagi selitraning vazifasi, atmosferadan kislorodni olib, uni oltingugurt ikki oksidiga uzatish hisoblanadi. Uzatishda ham iloji boricha tezroq bajarish talab etiladi. Ya’ni, selitra oddiy qilib aytganda shunchaki vositachi bo‘lib, jarayon yakuniga ko‘ra, hech qanday o‘zgarishlarsiz, boshlang‘ich miqdorini saqlagan holda qoladi.

Selitraning ushbu xususiyati katalizatorlikdan boshqa narsa emas edi. Soddaroq tushuntirish uchun olimlar quyidagicha misolni keltirishadi:

Tasavvur qilamiz, qurilish maydonida bir uyum g‘ishtlar, qum va ohak qorishmasi hamda avvaldan quyilgan poydevor turibdi. Agar yuqorida sanalganlar qurilish maydonidagilarning hammasi bo‘lsa, tongi 8-00 dan kechki 17-00 ga qadar hech nima o‘zgarmaydi. g‘isht uyumi ham, poydevor ham, qorishma ham joyida turaveradi (balki qorishma qotib qolar?). Endi esa, o‘sha tasavvurimizdagi qurilish maydoniga, tongi 8-00 da yana bir muhim faktor — korjoma, kaska va qo‘lqop kiygan g‘isht teruvchi usta qo‘shilsachi? Ta’kidlangan vaqtda (8-00) uning qo‘lida hech nima yo‘q. Lekin vaqt o‘tishi bilan, kechki soat 17-00 da yana maydonga nazar solsangiz, yana o‘sha korjomali quruvchi ustani qo‘lida hech nimasi yo‘q holatda ko‘rasiz. Faqat bu safar, qorishma tamom bo‘lgan, g‘isht esa, poydevor ustiga chiroyli tarzda mustahkam qilib terib chiqilgan.

Ushbu holatda reaksiya (g‘ishtning terilishi) faqat va faqat jarayonga inson aralashganligi sababli sodir bo‘ldi. Ya’ni usta katalizator vazifasini bajarib berdi, biroq uning o‘zi o‘zgargani yo‘q.

Mazkur misolda yuz bergan jarayonni biz qanchalik jo‘n va hech qanday hayratlanishsiz qabul qilsak (chunki biz bu jarayonni ko‘p marta kuzatganmiz va unda notabiiy hech narsa yo‘q deb bilamiz), selitra ishtirokida tezlashib qolgan oltingugurt kislotasi olish jarayonini ham shunday qabul qilsak bo‘laveradi. Selitraning katalizatorlik xossasi va misolimizdagi g‘isht teruvchi ustaning bir xil.

XIX asrga kelib, katalizatorlik xossasiga ega bo‘lgan qator boshqa moddalar ham kashf etildi. Katalizatorlarning kimyoviy reaksiyalarni tezlatish borasidagi ahamiyatini olimlar kengroq tahlil etishga va jarayonning mohiyatini chuqurroq anglashga urinishar edi.

1812-yilda Gottlib Kirxgof agar kraxmalni suvda qaynatib, unga oz miqdorda oltingugurt kislotasi qo‘shilsa, glukoza hosil bo‘lishini aniqladi. Agar reaksiya oltingugurt kislotasi ishtirokisiz amalga oshirilsa, glukoza hosil bo‘lmaydi. Aksincha, kislota hozir bo‘lishi bilan, glukoza olish mumkin bo‘ladi va yakunda, sarflangan oltingugurt kislotasi, o‘zgarmagan miqdorda yana saqlanib qoladi, ya’ni u reaksiyada ishtirok etmaydi.

Keyinroq, 1816-yilga kelib ingliz olimi Gemfri Devi, ba’zi metalllar ishtirokida, ma’lum moddalarning, masalan spirt bug‘larining havoda kislorod birikishi sezilarli darajada yengil kechishi mumkinligi aniqladi. Platina ishtirokida borgan reaksiyada, yuqorida aytilgan spirt bug‘larining kislorod bilan birikishi ancha tez va oson kechar edi. Shuningdek, platina hozir bo‘lgan joyda vodorod ha kislorod bilan osonroq birikar edi. Bu esa kimyogarlarning e’tiborini ko‘proq platinaga qaratilishiga turtki berib, ushbu metallning kimyoviy tajribalardagi ishtiroki sonini ortishiga sabab bo‘ldi. 1823-yilda olmon kimyogari Iogann Volfgang Debereyner vodorod oqimi purkaydigan moslama yasab, u orqali tekis platina folgaga kuchli vodorod oqimini yo‘naltirdi. Vodorod platina folgaga borib urilib, shu zahotiyoq lovullab yonib ketardi. Mazkur tajribani tarixda ilk o‘t oldirgich (zajigalka) sifatida qarash mumkin. Biroq, Debereyner tajribalarida qo‘llagan vodorodning toza emasligi, ko‘zlangan natijaga erishishiga jiddiy to‘sqinlik qilgan. Uning qimmatbaho platina plastinalari tez ifloslanib, foydalanishga yaroqsiz holga kelavergan. Natijada Debereyner iqtisodiy muammolar tufayli tajribalarni davom ettirishga juda qiynalgan.

1831-yilga kelib, uning ishlaridan va umuman, platinaning spirt bug‘lari va kislorodning havodagi birikishini tezlatishidan xabardor bo‘lgan ingliz kimyogari Peregrin Fillips, nima sababdan platina spirt bug‘i va vodorodlarning kislorod bilan birikishini tezlashtirishga yordam bersa, unda nimaga shu ishni oltingugurt kislotasi bilan bajara olmasligi kerak? — degan savol bilan jiddiy qiziqib qoldi. Fillips qator tajribalar orqali maqsadiga erishdi va u platinani oltingugurt kislotasi olishda katalizator sifatida qo‘llash texnikasini ishlab chiqdi. o‘z ishlanmasiga olgan patenti orqali, Fillips, vatandoshi Uord ixtiro qilgan selitra katalizatori ishtirokidagi kislota ishlab chiqarish texnologiyasini asta siqib chiqara boshladi. Chunki platina katalizatori, selitradan ko‘ra nisbatan foydaliroq va qayta tiklanishi osonroq edi.

1836-yilga kelib yuqorida sanab o‘tilgan tadqiqotlar, o‘z davri kimyo fanining yetuk namoyandalaridan biri bo‘lgan Yens Yakob Berseliusning e’tiborini o‘ziga tortdi. U mazkur tezlatgich moddalar uchun, umumiy atama sifatida yunoncha «kataliz» hamda, «katalizator« (ma’nosi «tarkibiy qismlarga parchalash«) terminlarini taklif etdi. ehtimolki, Berselius, katalizator ishtirokidagi reaksiyalardan faqat parchalanish bilan boradiganlarini, masalan, kraxmalning katta molekulalarini oltingugurt kislotasi ta’sirida kichik shakar molekulalariga parchalanishi kabi turlarini nazarda tutgan bo‘lsa kerak.

Platina bilan olib borilgan tajribalar, katalik reaksiyalar haqidagi konsepsiyalarga yangi yo‘nalishlarni kirib kelishiga sabab bo‘ldi. Bir tarafdan, platina — nodir va qimmat metall. Boshqa tarafdan esa, kimyogarlar platina ishtirokidagi tajribalar orqali, reaksiyalarda yana qandaydir noma’lum kuch (fenomen) mavjudmikan degan savollarga borib qoldilar. Chunki, platina ham oddiy selitra kabi shunchaki vositachi bo‘lib chiqishi ularda g‘alati tuyular edi.

Bir qarashda javob inkor ifodasida bo‘lishi lozim edi. Boshqa ma’lum kimyoviy elementlar bilan taqqoslaganda, platina nisbatan inert bo‘lib, me’yori sharoitlarda u kislorod bilan ham, vodorod bilan ham ta’sirlashmaydi. Unda u qanday qilib vodorod va kislorodni o‘zaro ta’sirlashishga majbur qilar ekan?

Kimyogarlar vaziyatga tushuntirish berish uchun tinimsiz izlanishar edi. Ularda platinaning inertligiga nisbatan shubha paydo bo‘la boshladi:»Platinaning atomlari bir-biri bilan o‘zaro mustahkam bog‘langan; ularni har tomondan o‘zlari bilan va boshqalari bilan ham o‘zlaridagi kabi mustahkam bog‘langan boshqa platina atomlari o‘rab turadi«. Ayrim kimyogarlarni bu kabi tushuntirish to‘liq qoniqtirardi, ularning fikricha, platina ichki qatlamlarida haqiqatan ham kislorod va vodorod bilan ta’sirlashmaydi, biroq, uning yuza qatlamlaridagi atomlarni tashqi tomondan boshqa atom o‘rab turmaganligi uchun, yaqin oradagi havodan atomlarni, masalan, vodorodni o‘ziga biriktirib olishi mumkin. shu tufayli ham, platina metalli sirt yuzasida 1 vodorod molekulasi qalinligidagi plyonka hosil bo‘ladi. U shunchalik yupqaki, inson ko‘zi uni hech qachon ko‘rmaydi va biz platinaning mutlaqo inert bo‘lgan yarqiroq, silliq sirtini tomosha qilishda davom etamiz.

Sirt yuzasi plyonkasining bir qismi sifatida, kislorod va vodorod gaz holatidagidan ko‘ra nisbatan faolroq bo‘lib qoladi. Mantiqni davom ettirib, agar, platina sirt yuzasida kislorod bilan vodorod o‘zaro birikib, suv molekulasi hosil qiladi deb hisoblasak, unda, suv molekulasi sirtda kislorod molekulasidan ko‘ra beqarorroq tarzda tutib turiladi. Yana bir kislorod molekulasi kelib, sirtdagi plyonkaning ushbu qismiga urilgan onda, u plyonkadagi suv molekulasini o‘rnini egallaydi hamda, shu zahotiyoq yan bir suv molekulasi hosil bo‘lishi imkoniyati yuzaga keladi va ho kazo.

Shu tarzda platina haqiqatan ham amalda vositachi vazifasini bajarib beradi. Buning uchun uning sirt yuzasida monomolekulyar gazsimon yupqa plyonka hosil bo‘lishi kerak. Xuddi shuniaksi sifatida, platina kanalizatorning qanday qilib «aynishi« mumkin ekanligini tushuntirish mumkin: tasavvur qiling, platina sirt yuzasidagi atomlariga, kislorod molekulasidan ko‘ra mustahkamroq tarzda birikishi imkoniga ega bo‘lgan qandaydir atomlar mavjud bo‘lsin; bunday atomlar platina sirt yuzasidagi kislorod atomlarini o‘rin almashtiradi (qo‘polroq aytganda «siqib chiqaradi«). Lekin ularning o‘zini atmosfera gazlari itarib chiqara olmaydi va natijada, plyonka sirtida kislorod hamda, vodorod ishtirokidagi katalik jarayon to‘xtaydi.

1 molekula qalinligidagi sirt qatlami hosil qilish uchun juda kichik modda sarflanishini e’tiborga olsak, katalizatorni, ishchi gazlar tarkibida muqarrar va muqim o‘rin tutuvchi turli aralashmalar tezkorlik bilan aynitishi tabiiy.

Agar yuqorida keltirilgan xulosalaro‘rinli va mulohazalar to‘g‘ri bo‘lsa, demak, katalizatorning massasini o‘zgarishsiz saqlagan holda, uning sirt yuzasini kattalashtirsak, uning samaradorligini yuzaga muvofiq orttirish mumkin ekan. Ya’ni, 2 kg platinadan tayyorlangan yupqa tunuka listining katalitik samaradorligi, 2 kg platina parallelepipedinikidan yuqoriroq bo‘ladi. Agar bunday katalizatorni kukun holida qo‘llanilsa, yuzaning yanada kattalashuvi tufayli samaradorlik ham yanada ortadi. Bunday turdagi katalizatorlarni odatda «yuza katalizatorlari«, yoki «sirt katalizatorlari« deyish mumkin.

Shu tarzda kimyogar olimlar, katalizatorlarning kimyoviy reaksiyalar va texnologiyalardagi tutgan o‘rni va ularning ta’sir mexanizmi haqida ozmi-ko‘pmi ma’lumotlarga ega bo‘lishdi. Endilikda, ko‘pchilik insonlar katalizatorlar haqida o‘rta maktab kimyo darsliklari darajasida bo‘lsa ham bilimlarga egadirlar. Biroq ushbu bilimlarga erishilguniga qadar, ilgarilari kimyodan elementar bilimlarga ega bo‘lmagan shaxslar, katalizator moddalarning reaksiyani tezlashtirish xususiyatlarini, hattoki mo‘jiza tarzida talqin qilishgan edi.

1870-yilga kelib, olim Jozayya Uillard Gibbs e’lon qilgan ilmiy ishlar, bu boradagi (ya’ni, katalizatorlarning «mo‘jizaviy» xossalarga egaligi to‘g‘risidagi) fikrlarga yakuniy inkor nuqtasini qo‘yib berdi.

Gibbs kimyoviy reaksiyalar uchun termodinamika qonunlarining tadbiqi borasida benazir ilmiy tekshiruvlar olib bordi. U, tashqi ta’sirlarsiz, o‘z-o‘zidan yuzaga keladigan (spontan), ya’ni, tashqaridan energiya qabul qilinishisiz kechadigan kimyoviy reaksiyalarda, doimo qandaydir miqdorda, kamayib boruvchi yo‘nalishdagi «erkin energiya«ning mavjud bo‘lishini isbotlab berdi.

Shunga ko‘ra, vodorod va kislorodning birikish reaksiyasi boshlanganidan keyin, u gazlar — reagentlar tugamagunicha davom etaveradi, natijada suv hosil bo‘ladi. Biz buni, suvning erkin energiyasi, gazlar aralashmasining erkin energiyasida kichik ekanligi bilan tushuntiramiz. Vodorod va kislorodning o‘zaro birikishi natijasida suv hosil bo‘lishi bilan kechuvchi reaksiyani, ta’bir joiz bo‘lsa, «energetik nishablik«dan pastga tomon tushishga qiyoslashimiz mumkin.

Agar yuqorida aytilganlar rost bo‘lsa, unda nima sababdan vodorod va kislorod gaz holatida o‘zaro ta’sirga juda-juda sust kirishadi va harorat (qizdirish) berilmagunga qadar bir-biri bilan ta’sirlashmay turaveradi? Axir ular gaz holatida energetik pillapoyaning ancha yuqori bosqichlarida bo‘lishadiku?

Gap shundaki, reaksiyaning boshlanishi uchun, har biri ikki atomdan iborat bo‘lgan vodorod va kislorod molekulalaridan biri parchalanib, atomlaridan biridan mosuvo bo‘lishi kerak. Buning uchun esa qo‘shimcha energiya zarur. Bu — reaksiya ishtirokchilarining hali beri energetik nishablikning eng yuqorisida turgan vaziyati bo‘lib, hali pastga tomon harakatni boshlash kerak bo‘lgan holatdir. Reaksiyani boshlab yuborish uchun olinishi zarur bo‘lgan energiya miqdori «faollashtirish energiyasi» deb yuritiladi. Ushbu konsepsiyani ilk marta 1889-yilda shved kimyogar olimi Svante Avgust Arrenius ilgari surgan edi.

Oddiy sharoitdagi haroratda vodorod va kislorod molekulalari o‘zaro to‘qnashganida, ularning juda oz qismigina, bir-birining atomlarini parchalab yuborishga yetadigan energiyaga ega bo‘ladi. Ular o‘zaro ta’sirlashadi (ya’ni reaksiya sodir bo‘ladi) va natijada boshqa molekulalarning ham parchalanishi uchun qo‘shimcha energiya ajralib chiqadi. Biroq, bu energiya miqdori shunchalik kichik bo‘ladiki, u foydalanishga ulgurmasdan tarqalib ketib bo‘ladi. Shu tufayli ham vodorod va kislorod, odatiy sharoitda (yoki xona haroratida) o‘zaro reaksiyaga kirishmaydi va suv hosil bo‘lmaydi.

Harorat ko‘tarilishi bilan, molekulalarning harakati tezlashadi va ularning tobora ko‘proq qismi, parchalanish va parchalash uchun yetarli miqdordagi energiyaga ega bo‘la boshlaydi. Boshqacha aytganda ko‘proq sondagi molekulalar, energetik nishablik boshlanadigan cho‘qqining ustiga chiqib olishga imkonli bo‘la boshlaydi. Asta-sekinlik bilan ajralib chiqayotgan energiya miqdori ortib boraveradi va harorat shu darajaga ko‘tariladiki, yutilayotgan energiyadan ko‘ra ajralib chiqayotgan energiya miqdori ortib ketadi. Harorat esa yana o‘sishda davom etadi, natijada yana energiya ajralib chiqishi ortaveradi, o‘z navbatida u ham harorat yana va yan ortishiga sabab bo‘ladi. Kislorod va vodorodning bunday tarzda birikishi reaksiyaning oxiri portlash bilan yakunlanadi.

Boshqa bir olim Vilgelm Otsvaldning 1894-yilda keltirgan ilmiy isbotlariga ko‘ra, yuqoridagi kabi reaksiyalarda katalizatorning qo‘llanilishi, erkin energiyaning o‘zaro nisbatini o‘zgartira olmas ekan. Ya’ni, katalizator, o‘zi ishtirokisiz boshlanib bo‘lgan reaksiyada tashabbuskor bo‘la olmaydi, u faqat reaksiyani borishini tezlashtirib berishi mumkin xolos.

Boshqacha aytganda, vodorod va kislorod, platinasiz ham o‘zaro reaksiyaga kirishaveradi. Biroq bu jarayon deyarli sezilarsiz bo‘lib, juda sekinlik bilan kechadi. Platinali katalizator birikish jarayonini faqat tezlashtirib beradi xolos. Xona haroratida, qo‘shimcha energiya uzatilmasa (masalan elektr energiyasi) suv kislorod va vodorodga parchalanib ketmaydi. Agar shunday bo‘lgan taqdirda, bu narsa, energetik nishablikdan yuqoriga tomon tirmashishni anglatar edi. Agar bizlar qachonlardir shunday xossalarga ega katalizatorni ixtiro qilsak, bu haqiqatan ham mo‘jiza bo‘lar edi. (Yoki termodinamika qonunlarini qaytadan ko‘rib chiqishga to‘g‘ri kelardi).

Lekin, platina aynan qanday qilib kimyoviy reaksiyani tezlashtirib beradi? Uning reaksiyani haqiqatan ham tezlashtirishiga hech kimda allaqachon shubha qolmagan. Plyonkadagi molekulalar bilan nima hodisa sodir bo‘ladi?

Otsvald quyidagicha tushuntirishni taklif etdi (ushbu tushuntirish hozirgi kunda ham dolzarb bo‘lib, olimlar uning haqiqatini e’tirof etib kelishadi): Katalizator, faollashtirish energiyasini kamaytirish evaziga kimyoviy reaksiyani tezlashtiradi. Ya’ni u, energetik nishablikning cho‘qqisini biroz tekislab qo‘yib, u yerga molekulalarning chiqib olishiga ko‘maklashib yuboradi. Shu tarzda, kichikroq haroratda ham, ko‘p sondagi molekulalarda cho‘qqiga chiqib olib keyin nishablikdan pastga sirpanish imkoniyati paydo bo‘ladi. reaksiya tezlasha boradi va hattoki tezlik ko‘p martalab ortishi mumkin.

Masalan, kislorodning ikki atomi molekula holatida anchayin katta tortish kuchi bilan o‘zaro tortishib turadi; molekulani parchalash oson emas, lekin, suv molekulasini hosil qilish uchun, ularni parchalash juda ham zarur!

Kislorod atomi platina atomi bilan birikib, sirt yuzasi plyonkasi hosil qilganida, vaziyat o‘zgaradi. Kislorod molekulasining birikish xususiyati, qisman platina bilan tortishib turish uchun, qisman esa, kislorodning ikki atomini birgalikda tutib turish uchun sarflanib turadi. Ya’ni, kislorod molekulasi «cho‘zilish«ga majbur bo‘ladi.

Agar, platina katalizatori sirt yuzasi plyonkasida, shunday «cho‘zilish« holatida turgan kislorod molekulasiga, yaqin atrofdagi muhitdan vodorod molekulasi kelib urilsa, u katta ehtimollik bilan, kislorod molekulasini atomlarini o‘zaro ajratib yuboradi. Bu esa, kislorod va vodorodning gazlar aralashmasi holatida, erkin energiya yordamida parchalanganidan ko‘ra osonroq tarzda parchalanishiga sabab bo‘ladi. Vodorod atomi, kislorodning parchalanishga uchragan atomlarining biri bilan ta’sirlashadi. Kislorod molekulasi «cho‘zilish« holatida turganligi uchun, uni atomlarga parchalash osonroq bo‘ladi va buning uchun kamroq miqdordagi faollashtirish energiyasi ham yetarli bo‘laveradi.

Yana boyagi misolga qaytsak: qiya tekislikningqirrasi ustida turgan g‘ishtni tasavvur qilamiz. agar mazkur g‘isht ishqalanish kuchini yengib o‘ta olsa, osonlik bilan pastga sirpanib tusha boshlaydi. Ishqalanish kuchi esa, uni, og‘irlik kuchiga qarama qarshi ravishda joyda tutib turibdi. Ushbu misoldagi ishqalanish kuchi — kislorod atomlarini o‘zaro mustahkam tortishib turishini ta’minlovchi tortishish kuchiga o‘xshashdir.

Ishqalanish kuchini yengib o‘tishi uchun, g‘ishtni turtib yuborish kerak (unga faollashtirish energiyasi berish kerak). o‘shanda u pastga sirpana (yoki dumalay) boshlaydi.

Mazkur misolni, sirt yuzasi katalizatori bilan taqqoslashga urinib ko‘ramiz. Masalan, sirpanish sodir bo‘ladigan yuzani mum bilan surtib chiqsak, yoki silliq muz qoplagan deb tasavvur qilsak, g‘ishtni bunday qiyalikdan sirpantirib yuborish uchun, uni kichik kuch bilan, xiyol turtib yuborish ham yetarli bo‘ladi. u pastga boshqa qo‘shimcha ko‘maksiz ham yetib borishi ehtimol. Biz, qiyalikni mum yoki muz bilan qoplash orqali, og‘irlik kuchini ham kamaytirmadik, qo‘shimcha energiya ham uzatmadik. Biz faqat ishqalanish kuchini kamaytirdik xolos. Natijada g‘ishtimiz qiyalikdan tezroq va osonroq tushib oldi.

… o‘ylaymanki, ramziy ma’noda «shoshiltiruvchilar« deb nomlangan ushbu maqolamizda, katalizatorlar va ularning ta’sir mexanizmi haqida biroz ma’lumot olishga muvaffaq bo‘ldingiz. Tushuntirishlarni imkoni boricha sodda qilib ifodalashga harakat qildik. Ko‘pchilikning qiziqishiga sabab bo‘ladigan katalizator so‘zi ham siz uchun ekzotik terminlar qatoridan, oddiy va tushunarli atamalar sirasiga o‘tdi.

Yuqoridagilardan xulosa qilsak, menimcha o‘zini hurmat qiladigan katalizatorlardan hech biri, u haqida «tushunarsiz« va «mo‘jizaviy« deb gapirishlarini istamagan bo‘lar edi

---