Katalizė yra apibrėžiamas kaip didinantis cheminės reakcijos greitis įvedant katalizatorius. Katalizatorius, savo ruožtu, yra medžiaga, kurios nevartoja cheminė reakcija, bet veikia norėdamas sumažinti aktyvacijos energija. Kitaip tariant, katalizatorius yra ir a reaktantas ir produktas cheminės reakcijos. Paprastai tam reikalingas tik labai mažas katalizatoriaus kiekis katalizuoti reakcija.
Katalizės SI vienetas yra katal. Tai yra išvestinis vienetas, kuris yra apgamai per sekundę. Kai fermentai katalizuoja reakciją, pirmenybė teikiama fermento vienetui. Katalizatoriaus efektyvumas gali būti išreikštas naudojant apyvartos skaičių (TON) arba apyvartos dažnį (TOF), kuris yra TON per laiko vienetą.
Katalizė yra gyvybiškai svarbus procesas chemijos pramonėje. Manoma, kad 90% komerciškai pagamintų chemikalų yra sintetinami kataliziniu būdu.
Kartais terminas „katalizė“ vartojamas norint nurodyti reakciją, kurios metu sunaudojama medžiaga (pvz., Bazės katalizuojamas esterio hidrolizė). Pagal IUPAC
, tai neteisingas termino vartojimas. Tokiu atveju į reakciją įtraukta medžiaga turėtų būti vadinama aktyvatorius o ne katalizatorius.Pagrindiniai išpardavimai: kas yra katalizė?
- Katalizė - tai cheminės reakcijos greičio padidinimo procesas, pridedant prie jo katalizatorių.
- Katalizatorius yra ir reagentas, ir produktas reakcijoje, todėl jis nėra sunaudojamas.
- Katalizė sumažina reakcijos aktyvacijos energiją, todėl ji tampa termodinamiškai palankesnė.
- Katalizė yra svarbi! Apie 90% komercinių cheminių medžiagų yra pagaminta naudojant katalizatorius.
Kaip veikia katalizė
Katalizatorius siūlo kitokią cheminės reakcijos pereinamąją būseną, o aktyvavimo energija yra mažesnė. Didesnė tikimybė, kad reaguojančiosios molekulės susidurs su energija, reikalinga produktams formuoti, nei be katalizatoriaus. Kai kuriais atvejais vienas katalizės poveikis yra žemesnė temperatūra, kurioje vyks reakcija.
Katalizė nekeičia cheminės pusiausvyros, nes ji turi įtakos tiek pirmyn, tiek atvirkščiai. Tai nekeičia pusiausvyros konstantos. Panašiai nepaveikiama teorinė reakcijos išeiga.
Katalizatorių pavyzdžiai
Kaip katalizatoriai gali būti naudojami įvairūs chemikalai. Cheminėms reakcijoms, susijusioms su vandeniu, tokioms kaip hidrolizė ir dehidracija, dažniausiai naudojamos protonų rūgštys. Kietosios dalelės, naudojamos kaip katalizatoriai, yra ceolitai, aliuminio oksidas, grafitinė anglis ir nanodalelės. Pereinamieji metalai (pvz., Nikelis) dažniausiai naudojami redoksacinėms reakcijoms katalizuoti. Organinės sintezės reakcijos gali būti katalizuojamos naudojant tauriuosius metalus arba „vėlyvojo pereinamojo laikotarpio 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 priklausantys vienai iš dviejų pagrindinių grupių.
Heterogeniniai katalizatoriai yra tie, kurie egzistuoja kitoje fazėje nei katalizuojama reakcija. Pavyzdžiui, kieti katalizatoriai katalizuoja reakciją skysčių ir (arba) dujų mišinyje, tai yra heterogeniniai katalizatoriai. Paviršiaus plotas yra labai svarbus šio tipo katalizatoriaus veikimui.
Homogeniniai katalizatoriai egzistuoja toje pačioje fazėje kaip ir reagentai cheminės reakcijos metu. Organiniai metaliniai katalizatoriai yra vienos rūšies homogeniniai katalizatoriai.
Fermentai yra katalizatoriai baltymų pagrindu. Jie yra vienos rūšies biokatalizatorius. Tirpūs fermentai yra homogeniniai katalizatoriai, o membranoje surišti fermentai yra heterogeniniai katalizatoriai. Biokatalizė naudojama komerciniam akrilamido ir aukštos fruktozės kukurūzų sirupo sintezei.
Susijusios sąlygos
Išankstiniai katalizatoriai yra medžiagos, kurios cheminės reakcijos metu virsta katalizatoriais. Gali būti indukcijos laikotarpis, kol suaktyvinami ikikatalizatoriai ir tampa katalizatoriais.
Kokatalizatoriai ir vykdytojai yra pavadinimai, skirti cheminėms rūšims, kurios palengvina katalizinį aktyvumą. Kai naudojamos šios medžiagos, procesas vadinamas kooperatinė katalizė.
Šaltiniai
- IUPAC (1997). Cheminės terminijos rinkinys (2-asis leidimas) („Auksinė knyga“). doi:10.1351 / aukso knygelė. C00876
- Knözinger, Helmut ir Kochloefl, Karlas (2002). "Heterogeninė katalizė ir kietosios katalizatoriai" Ullmanno pramoninės chemijos enciklopedija. Wiley-VCH, Veinheimas. doi:10.1002 / 14356007.a05_313
- Laidleris, K.J. ir Meiser, J.H. (1982). Fizikinė chemija. Benjaminas / Cummingsas. ISBN 0-618-12341-5.
- Maselis, Ričardas 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 į oksido paviršių stebėjimas skenavimo tunelinės mikroskopijos būdu". ACS Nano. 3 (3): 517–26. doi:10.1021 / nn8008245