Kataliza jest zdefiniowany jako zwiększenie szybkość reakcji chemicznej wprowadzając katalizator. Z kolei katalizator jest substancją, która nie jest zużywana przez Reakcja chemiczna, ale działa obniżająco energia aktywacji. Innymi słowy, katalizator jest zarówno reagent i produkt reakcji chemicznej. Zwykle w tym celu wymagana jest tylko bardzo mała ilość katalizatora katalizować reakcja.
Jednostką SI do katalizy jest katal. Jest to pochodna jednostka, która jest liczbą moli na sekundę. Gdy enzymy katalizują reakcję, preferowaną jednostką jest jednostka enzymu. Skuteczność katalizatora można wyrazić przy użyciu liczby obrotów (TON) lub częstotliwości obrotu (TOF), która jest TON na jednostkę czasu.
Kataliza jest istotnym procesem w przemyśle chemicznym. Szacuje się, że 90% komercyjnie produkowanych substancji chemicznych jest syntetyzowanych w procesie katalitycznym.
Czasami termin „kataliza” stosuje się w odniesieniu do reakcji, w której substancja jest konsumowana (np. Hydroliza estru katalizowana zasadą). Według
IUPAC, jest to nieprawidłowe użycie tego terminu. W tej sytuacji substancję dodaną do reakcji należy nazwać an aktywator zamiast katalizatora.Kluczowe rzeczy na wynos: Co to jest kataliza?
- Kataliza to proces zwiększania szybkości reakcji chemicznej przez dodanie do niej katalizatora.
- Katalizator jest zarówno reagentem, jak i produktem reakcji, więc nie jest zużywany.
- Kataliza polega na obniżeniu energii aktywacji reakcji, co czyni ją bardziej korzystną termodynamicznie.
- Kataliza jest ważna! Około 90% komercyjnych chemikaliów wytwarza się przy użyciu katalizatorów.
Jak działa kataliza
Katalizator oferuje inny stan przejściowy dla reakcji chemicznej, z niższą energią aktywacji. Zderzenia między cząsteczkami reagentów mają większe szanse na uzyskanie energii potrzebnej do wytworzenia produktów niż bez obecności katalizatora. W niektórych przypadkach jednym efektem katalizy jest obniżenie temperatury, w której zachodzi reakcja.
Kataliza nie zmienia równowagi chemicznej, ponieważ wpływa zarówno na szybkość reakcji do przodu, jak i do tyłu. Nie zmienia stałej równowagi. Podobnie nie ma to wpływu na teoretyczną wydajność reakcji.
Przykłady katalizatorów
Jako katalizatory można stosować różnorodne chemikalia. Do reakcji chemicznych z udziałem wody, takich jak hydroliza i odwodnienie, kwasy protonowe są powszechnie stosowane. Substancje stałe stosowane jako katalizatory obejmują zeolity, tlenek glinu, grafitowy węgiel i nanocząstki. Metale przejściowe (np. Nikiel) są najczęściej stosowane do katalizowania reakcji redoks. Reakcje syntezy organicznej można katalizować przy użyciu metali szlachetnych lub „metali późnego przejścia”, takich jak platyna, złoto, pallad, iryd, ruten lub rod.
Rodzaje katalizatorów
Dwie główne kategorie katalizatorów to katalizatory heterogeniczne i katalizatory homogeniczne. Enzymy lub biokatalizatory mogą być postrzegane jako osobna grupa lub należące do jednej z dwóch głównych grup.
Heterogeniczne katalizatory to te, które istnieją w innej fazie niż katalizowana reakcja. Na przykład, stałe katalizatory katalizują reakcję w mieszaninie cieczy i / lub gazów, które są katalizatorami heterogenicznymi. Pole powierzchni ma decydujące znaczenie dla funkcjonowania tego typu katalizatora.
Homogeniczne katalizatory występują w tej samej fazie co reagenty w reakcji chemicznej. Katalizatory metaloorganiczne są jednym typem jednorodnego katalizatora.
Enzymy są katalizatorami białkowymi. Są jednym z rodzajów biokatalizator. Enzymy rozpuszczalne są homogenicznymi katalizatorami, natomiast enzymy związane z błoną to katalizatory heterogeniczne. Biokataliza służy do komercyjnej syntezy akryloamidu i syropu kukurydzianego o wysokiej zawartości fruktozy.
Terminy pokrewne
Prekatalizatory są substancjami, które przekształcają się w katalizatory podczas reakcji chemicznej. Może istnieć okres indukcji, podczas gdy prekatalizatory są aktywowane, aby stać się katalizatorami.
Współkatalizatory i promotorzy to nazwy nadane gatunkom chemicznym, które wspomagają aktywność katalityczną. Gdy te substancje są stosowane, proces jest nazywany kataliza kooperacyjna.
Źródła
- IUPAC (1997). Kompendium terminologii chemicznej (Wydanie drugie) („Złota Księga”). doi:10.1351 / goldbook. C00876
- Knözinger, Helmut i Kochloefl, Karl (2002). „Heterogeniczna kataliza i katalizatory stałe” w Encyklopedia chemii przemysłowej Ullmanna. Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. i Meiser, J.H. (1982). Chemia fizyczna. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
- Masel, Richard I. (2001). Kinetyka chemiczna i kataliza. Wiley-Interscience, Nowy Jork. 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). „Obserwacja wszystkich pośrednich etapów reakcji chemicznej na powierzchni tlenku za pomocą skaningowej mikroskopii tunelowej”. ACS Nano. 3 (3): 517–26. doi:10.1021 / nn8008245