Katalizatoru definīcija un to darbība

Hero Images / Getty Images

A katalizators ir ķīmiska viela, kas ietekmē likme ķīmisko reakciju, mainot aktivācijas enerģiju, kas nepieciešama reakcijas norisei. Šo procesu sauc par katalīzi. Katalizators netiek patērēts reakcijā, un tas var vienlaikus piedalīties vairākās reakcijās. Vienīgā atšķirība starp katalizētu reakciju un nekatalizētu reakciju ir tā aktivizācijas enerģija ir savādāka. Neietekmē reaģentu vai produktu enerģiju. Reakciju ΔH ir vienāds

Kā darbojas katalizatori

Katalizatori nodrošina alternatīvu mehānismu, lai reaģenti kļūtu par produktiem, ar zemāku aktivizācijas enerģija un atšķirīgs pārejas stāvoklis. Katalizators var ļaut reakcijai noritēt zemākā temperatūrā vai palielināt reakcijas ātrums vai selektivitāte. Katalizatori bieži reaģē ar reaģentiem, veidojot starpproduktus, kas galu galā rada tādus pašus reakcijas produktus un reģenerē katalizatoru. Ņemiet vērā, ka katalizators var tikt patērēts vienā no starpposmiem, bet tas tiks izveidots vēlreiz, pirms reakcija ir pabeigta.

Pozitīvie un negatīvie katalizatori (inhibitori)

Parasti, kad kāds atsaucas uz katalizatoru, tas nozīmē a pozitīvs katalizators , kas ir katalizators, kas paātrina ķīmiskās reakcijas ātrumu, samazinot tā aktivācijas enerģiju. Ir arī negatīvi katalizatori vai inhibitori, kas palēnina ķīmiskās reakcijas ātrumu vai samazina tās rašanās iespējamību.

Promoteri un katalītiskās indes

Promotors ir viela, kas palielina katalizatora aktivitāti. Katalītiskā inde ir viela, kas inaktivē katalizatoru.

Katalizatori darbībā

• Fermenti ir reakcijai specifiski bioloģiskie katalizatori. Tie reaģē ar substrātu, veidojot nestabilu starpproduktu savienojumu. Piemēram, karboanhidrāze katalizē reakciju:
  H_diviCO₃(aq) ⇆ H_diviO (l) + CO_divi(aq)
  Enzīms ļauj reakcijai ātrāk sasniegt līdzsvaru. Šīs reakcijas gadījumā enzīms ļauj oglekļa dioksīdam izkliedēt no asinīm un nokļūt plaušās, lai to varētu izelpot.
• Kālija permanganāts ir katalizators ūdeņraža peroksīda sadalīšanai skābekļa gāzē un ūdenī. Kālija permanganāta pievienošana palielina reakcijas temperatūru un tās ātrumu.
• Vairāki pārejas metāli var darboties kā katalizatori. Labs platīna piemērs automašīnas katalītiskajā neitralizatorā. Katalizators ļauj pārvērst toksisko oglekļa monoksīdu mazāk toksiskā oglekļa dioksīdā. Šis ir neviendabīgas katalīzes piemērs.
• Klasisks piemērs reakcijai, kas nenotiek ievērojamā ātrumā, līdz tiek pievienots katalizators, ir reakcija starp ūdeņraža gāzi un skābekļa gāzi. Ja sajaucat abas gāzes kopā, nekas daudz nenotiek. Tomēr, ja pievienojat siltumu no aizdedzināta sērkociņa vai dzirksteles, jūs pārvarat aktivācijas enerģiju, lai sāktu reakciju. Šajā reakcijā abas gāzes reaģē, veidojot ūdeni (sprādzienbīstami).
  H_divi+ O_diviH_diviO
• Degšanas reakcija ir līdzīga. Piemēram, dedzinot sveci, jūs pārvarat aktivizācijas enerģiju, pieliekot siltumu. Kad reakcija sākas, siltums, kas izdalās no reakcijas, pārvar aktivācijas enerģiju, kas nepieciešama, lai tā varētu turpināties.