A katalízis meghatározása a kémiában

A katalízis meghatározása a kémiában

Katalízis alatt a kémiai reakció sebességének növelését jelenti: katalizátor. A katalizátor viszont olyan anyag, amelyet a kémiai reakció nem vesz fel, hanem csökkenti aktivációs energiáját. Más szavakkal: a katalizátor egyszerre reaktáns és kémiai reakció terméke. Jellemzően csak nagyon kis mennyiségű katalizátorra van szükség katalizál egy reakció.

A katalizálás SI-mértéke a katal. Ez egy származtatott egység, amely másodpercenként mol. Amikor az enzimek katalizálják a reakciót, az előnyös egység az enzim egység. A katalizátor hatékonysága kifejezhető a forgalmi szám (TON) vagy a forgalom gyakoriságának (TOF) felhasználásával, amely időegységre eső TON.

A katalízis létfontosságú folyamat a vegyiparban. Becslések szerint a kereskedelemben előállított vegyi anyagok 90% -át katalitikus eljárással állítják elő.

Időnként a "katalízis" kifejezést arra a reakcióra utalják, amelyben egy anyagot fogyasztanak (például bázis-katalizált észter-hidrolízis). Az IUPAC szerint ez a szó helytelen használata. Ebben a helyzetben a reakcióhoz hozzáadott anyagot anyagnak kell nevezni aktivátor nem katalizátor.

Kulcsszavak: Mi a katalízis?

  • A katalízis a kémiai reakció sebességének növelése, katalizátor hozzáadásával.
  • A katalizátor egyaránt reaktáns és termék a reakcióban, ezért nem fogyasztják fel.
  • A katalízis csökkenti a reakció aktiválási energiáját, és ezáltal termodinamikailag kedvezőbbé teszi.
  • A katalízis fontos! A kereskedelmi vegyi anyagok kb. 90% -át katalizátorok felhasználásával állítják elő.

Hogyan működik a katalízis?

A katalizátor eltérő átmeneti állapotot biztosít a kémiai reakcióhoz, alacsonyabb aktiválási energiával. A reaktáns molekulák közötti ütközésekkel valószínűbb, hogy a termékek előállításához szükséges energiát érik el, mint a katalizátor jelenléte nélkül. Bizonyos esetekben a katalízis egyik hatása a reakció hőmérsékletének csökkentése.

A katalízis nem változtatja meg a kémiai egyensúlyt, mivel befolyásolja a reakció előre- és hátramenetét. Ez nem változtatja meg az egyensúlyi állandót. Hasonlóképpen, a reakció elméleti hozamát ez nem befolyásolja.

Példák a katalizátorokra

Katalizátorként sokféle vegyszer használható. Vízzel járó kémiai reakciókhoz, például hidrolízishez és dehidrációhoz általában a protonsavakat használják. Katalizátorként használt szilárd anyagok közé tartoznak a zeolitok, timföld, grafit szén és nanorészecskék. Az átmeneti fémeket (például nikkel) a leggyakrabban használják a redox reakciók katalizálására. A szerves szintézis reakcióit nemesfémek vagy "késői átmeneti fémek", például platina, arany, palládium, iridium, ruténium vagy ródium felhasználásával katalizálhatjuk.

A katalizátorok típusai

A katalizátorok két fő kategóriája a heterogén katalizátorok és a homogén katalizátorok. Az enzimeket vagy biokatalizátorokat külön csoportként vagy a két fő csoport egyikéhez tartozóként tekinthetjük.

Heterogén katalizátorok azok, amelyek a katalizálandó reakciótól eltérő fázisban vannak Például a szilárd katalizátorok a reakciót folyadékok és / vagy gázok keverékében katalizálják heterogén katalizátorokként. A felület kritikus jelentőségű az ilyen típusú katalizátorok működése szempontjából.

Homogén katalizátorok ugyanabban a fázisban léteznek, mint a kémiai reakcióban szereplő reagensek. A fémorganikus katalizátorok a homogén katalizátorok egyik típusa.

enzimek fehérjealapú katalizátorok. Ezek egy típusa biokatalizátor. Az oldódó enzimek homogén katalizátorok, míg a membránhoz kötött enzimek heterogén katalizátorok. A biokatalízist az akrilamid és a magas fruktóztartalmú kukoricaszirup kereskedelmi szintézisére használják.

Kapcsolódó feltételek

Precatalysts olyan anyagok, amelyek kémiai reakció során katalizátorokká válnak. Lehet egy indukciós periódus, míg az előkatalizátorok aktiválódnak, hogy katalizátorokká váljanak.

Co-katalizátorok és promóterek a kémiai fajoknak a katalitikus aktivitást elősegítő nevei. Ezen anyagok használatakor a folyamat neve kooperatív katalízis.

Források

  • IUPAC (1997). Kémiai terminológia összefoglalása (2. kiadás) (az "Arany könyv"). doi: 10,1351 / goldbook.C00876
  • Knözinger, Helmut és Kochloefl, Karl (2002). "Heterogén katalízis és szilárd katalizátorok" Ullmann ipari kémia enciklopédia. Wiley-VCH, Weinheim. doi: 10.1002 / 14356007.a05_313
  • Laidler, K.J. és Meiser, J.H. (1982). Fizikai kémia. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
  • Masel, Richard I. (2001). Kémiai kinetika és katalízis. Wiley-Interscience, New York. 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). "A kémiai reakció összes közbenső lépésének megfigyelése egy oxid felületen pásztázó alagút-mikroszkópia segítségével." ACS Nano. 3 (3): 517-26. doi: 10.1021 / nn8008245