Kataliza je opredeljeno kot povečanje hitrost kemijske reakcije z uvedbo a katalizator. Katalizator je snov, ki je ne uživajo kemijska reakcija, vendar deluje na nižji ravni aktivacijska energija. Z drugimi besedami, katalizator je tako a reaktant in izdelek kemijske reakcije. Običajno je za to potrebna le zelo majhna količina katalizatorja katalizirati reakcija.
SI enota za katalizacijo je katal. To je izpeljana enota, ki je moli na sekundo. Ko encimi katalizirajo reakcijo, je prednostna enota encimske enote. Učinkovitost katalizatorja se lahko izrazi s številom obratov (TON) ali frekvenco obratovanja (TOF), ki je TON na enoto časa.
Kataliza je pomemben proces v kemični industriji. Ocenjuje se, da se 90% komercialno proizvedenih kemikalij sintetizira s katalitičnim postopkom.
Včasih se izraz "kataliza" uporablja za označevanje reakcije, v kateri se snov porabi (npr. Bazična katalizirana ester hidroliza). Po navedbah IUPAC, to je napačna uporaba izraza. V tem primeru je treba snovi, dodane v reakcijo, imenovati an aktivator namesto katalizatorja.
Ključni ukrepi: Kaj je kataliza?
- Kataliza je postopek povečanja hitrosti kemične reakcije z dodajanjem katalizatorja.
- Katalizator je v reakciji tako reaktant kot produkt, zato ga ne porabimo.
- Kataliza deluje tako, da zniža aktivacijsko energijo reakcije, zaradi česar je bolj termodinamično ugodnejša.
- Kataliza je pomembna! Približno 90% komercialnih kemikalij je pripravljenih z uporabo katalizatorjev.
Kako deluje kataliza
Katalizator ponuja drugačno prehodno stanje za kemijsko reakcijo z nižjo energijo aktivacije. Pri trčenju med molekulami reaktant je večja verjetnost doseganja energije, ki je potrebna za tvorbo produktov, kot brez prisotnosti katalizatorja. V nekaterih primerih je en učinek katalize znižanje temperature, pri kateri bo nastala reakcija.
Kataliza ne spremeni kemičnega ravnovesja, ker vpliva tako na hitro kot na vzvratno reakcijo. Ne spremeni ravnovesne konstante. Podobno ne vpliva teoretični izkoristek reakcije.
Primeri katalizatorjev
Kot katalizatorji se lahko uporabljajo najrazličnejše kemikalije. Za kemične reakcije, ki vključujejo vodo, kot npr hidroliza in za dehidracijo se običajno uporabljajo protonske kisline. Trdne snovi, ki se uporabljajo kot katalizatorji, vključujejo zeolite, glinico, grafitni ogljik in nanodelce. Prehodne kovine (npr. Nikelj) se najpogosteje uporabljajo za kataliziranje redoks reakcij. Reakcije organske sinteze se lahko katalizirajo z uporabo žlahtnih kovin ali "poznih prehodnih kovin", kot so platina, zlato, paladij, iridij, rutenij ali rodij.
Vrste katalizatorjev
Dve glavni kategoriji katalizatorjev so heterogeni katalizatorji in homogeni katalizatorji. Encime ali biokatalizatorje lahko obravnavamo kot ločeno skupino ali kot pripadnost eni od dveh glavnih skupin.
Heterogeni katalizatorji so tisti, ki obstajajo v drugačni fazi od reakcije, ki se katalizira. Na primer, trdni katalizatorji katalizirajo reakcijo v mešanici tekočin in / ali plinov so heterogeni katalizatorji. Površinska površina je ključnega pomena za delovanje te vrste katalizatorja.
Homogeni katalizatorji obstajajo v isti fazi kot reaktanti v kemični reakciji. Organometalni katalizatorji so ena vrsta homogenega katalizatorja.
Encimi so katalizatorji na osnovi beljakovin. So ena vrsta biokatalizator. Topni encimi so homogeni katalizatorji, membransko vezani encimi pa so heterogeni katalizatorji. Biokataliza se uporablja za komercialno sintezo akrilamida in visoko fruktoznega koruznega sirupa.
Sorodni pogoji
Predkatalizatorji so snovi, ki se med kemijsko reakcijo pretvorijo v katalizatorje. Lahko pride do indukcijskega obdobja, ko se predkatalizatorji aktivirajo, da postanejo katalizatorji.
Ko-katalizatorji in promotorji so imena, dana kemijskim vrstam, ki pomagajo katalitično aktivnost. Ko se te snovi uporabljajo, se postopek imenuje kooperativna kataliza.
Viri
- IUPAC (1997). Zbirka kemijske terminologije (2. izd.) ("Zlata knjiga"). doi:10.1351 / goldbook. C00876
- Knözinger, Helmut in Kochloefl, Karl (2002). "Heterogena kataliza in trdni katalizatorji" v Ullmannova enciklopedija industrijske kemije. Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. in Meiser, J.H. (1982). Fizikalna kemija. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
- Masel, Richard I. (2001). Kemijska kinetika in kataliza. 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). "Opazovanje vseh vmesnih korakov kemične reakcije na oksidni površini s skeniranjem tunelskih mikroskopov." ACS Nano. 3 (3): 517–26. doi:10.1021 / nn8008245