Katalizės apibrėžimas chemijoje

Katalizatorius leidžia naudoti skirtingą energijos kelią cheminei reakcijai, kurios aktyvavimo energija yra mažesnė. Katalizatorius nėra sunaudojamas cheminėje reakcijoje. Smokefoot, Wikipedia Commons

Katalizė apibrėžiamas kaip didinimas cheminės reakcijos greitis įvedant a katalizatorius . Katalizatorius, savo ruožtu, yra medžiaga, kurios nevartoja cheminė reakcija , bet mažina jo poveikį aktyvacijos energija . Kitaip tariant, katalizatorius yra tiek a reagentas ir produktas cheminės reakcijos. Paprastai tam reikalingas tik labai mažas katalizatoriaus kiekis katalizuoti reakcija.

Katalizės SI vienetas yra katalas. Tai išvestinis vienetas, kuris yra moliai per sekundę. Kai fermentai katalizuoja reakciją, pirmenybė teikiama fermento vienetui. Katalizatoriaus efektyvumas gali būti išreikštas apyvartos numeriu (TON) arba apyvartos dažniu (TOF), kuris yra TON per laiko vienetą.

Katalizė yra gyvybiškai svarbus procesas chemijos pramonėje. Apskaičiuota, kad 90% komerciškai pagamintų cheminių medžiagų yra sintezuojamos kataliziniu būdu.

Kartais terminas „katalizė“ vartojamas kalbant apie reakciją, kurios metu sunaudojama medžiaga (pvz., bazine katalizuojama esterio hidrolizė). Pagal IUPAC , tai yra neteisingas termino vartojimas. Esant tokiai situacijai, į reakciją pridėta medžiaga turėtų būti vadinama an aktyvatorius o ne katalizatorius.

Pagrindiniai dalykai: kas yra katalizė?

• Katalizė yra cheminės reakcijos greičio didinimo procesas, pridedant katalizatoriaus.
• Katalizatorius yra ir reagentas, ir reakcijos produktas, todėl jis nesunaudojamas.
• Katalizė veikia sumažindama reakcijos aktyvavimo energiją, todėl ji termodinamiškai palankesnė.
• Katalizė yra svarbi! Apie 90 % komercinių chemikalų gaminami naudojant katalizatorius.

Kaip veikia katalizė

Katalizatorius siūlo skirtingą pereinamąją būseną cheminei reakcijai su mažesne aktyvinimo energija. Labiau tikėtina, kad susidūrus tarp reaguojančių medžiagų molekulių bus gaunama energija, reikalinga produktams susidaryti, nei be katalizatoriaus. Kai kuriais atvejais vienas katalizės padarinių yra sumažinti temperatūrą, kurioje vyks reakcija.

Katalizė nekeičia cheminės pusiausvyros, nes ji veikia tiek tiesioginį, tiek atvirkštinį reakcijos greitį. Tai nekeičia pusiausvyros konstantos. Panašiai neturi įtakos teorinei reakcijos išeigai.

Katalizatorių pavyzdžiai

Kaip katalizatorius gali būti naudojamos įvairios cheminės medžiagos. Cheminėms reakcijoms, kuriose dalyvauja vanduo, pvz hidrolizė ir dehidratacija, dažniausiai naudojamos protonų rūgštys. Kietosios medžiagos, naudojamos kaip katalizatoriai, yra ceolitai, aliuminio oksidas, grafitinė anglis ir nanodalelės. Pereinamieji metalai (pvz., nikelis) dažniausiai naudojami redokso reakcijoms katalizuoti. Organinės sintezės reakcijos gali būti katalizuojamos naudojant tauriuosius metalus arba „vėlyvuosius pereinamuosius metalus“, tokius kaip platina, auksas, paladis, iridis, rutenis arba rodis.

Katalizatorių tipai

Dvi pagrindinės katalizatorių kategorijos yra heterogeniniai katalizatoriai ir homogeniniai katalizatoriai. Fermentai arba biokatalizatoriai gali būti vertinami kaip atskira grupė arba priklauso vienai iš dviejų pagrindinių grupių.

Heterogeniniai katalizatoriai yra tie, kurie egzistuoja kitoje fazėje nei katalizuojama reakcija. Pavyzdžiui, kietieji katalizatoriai, katalizuojantys reakciją skysčių ir (arba) dujų mišinyje, yra nevienalyčiai. Paviršiaus plotas yra labai svarbus šio tipo katalizatoriaus veikimui.

Homogeniniai katalizatoriai egzistuoja toje pačioje fazėje kaip ir cheminės reakcijos reagentai. Organometaliniai katalizatoriai yra vienalyčių katalizatorių rūšis.

Fermentai yra baltymų pagrindu pagaminti katalizatoriai. Jie yra vienos rūšies biokatalizatorius . Tirpieji fermentai yra vienarūšiai katalizatoriai, o su membranomis susieti fermentai yra nevienalyčiai. Biokatalizė naudojama komercinei akrilamido ir daug fruktozės turinčio kukurūzų sirupo sintezei.

Susijusios sąlygos

Prekatalizatoriai yra medžiagos, kurios cheminės reakcijos metu virsta katalizatoriais. Gali būti indukcijos laikotarpis, kol išankstiniai katalizatoriai suaktyvinami, kad taptų katalizatoriais.

Kokatalizatoriai ir propaguotojai yra pavadinimai, suteikti cheminėms rūšims, kurios padeda kataliziniam aktyvumui. Kai naudojamos šios medžiagos, procesas vadinamas bendradarbiavimo katalizė .

Šaltiniai

• IUPAC (1997). Cheminės terminijos sąvadas (2-asis leidimas) („Auksinė knyga“). doi: 10.1351/goldbook.C00876
• Knözinger, Helmutas ir Kochloeflas, Karlas (2002). „Heterogeninė katalizė ir kietieji katalizatoriai“. Ullmanno pramoninės chemijos enciklopedija . Wiley-VCH, Weinheim. doi: 10.1002/14356007.a05_313
• Laidleris, K.J. ir Meiseris, J.H. (1982). Fizinė chemija . Benjaminas/Cummingsas. ISBN 0-618-12341-5.
• Masel, Richard I. (2001). Cheminė kinetika ir katalizė . Wiley-Interscience, Niujorkas. ISBN 0-471-24197-0.
• Matthiesen J, Wendt S, Hansen JØ, Madsen GK, Lira E, Galliker P, Vestergaard EK, Schaub R, Laegsgaard E, Hammer B, Besenbacher F (2009). „Visų tarpinių cheminės reakcijos oksido paviršiuje etapų stebėjimas skenuojančia tuneline mikroskopija“. ACS nano . 3 (3): 517–26. doi: 10.1021/nn8008245