Katalīzes definīcija ķīmijā

Katalizators pieļauj atšķirīgu enerģijas ceļu ķīmiskai reakcijai, kurai ir zemāka aktivācijas enerģija. Katalizators ķīmiskajā reakcijā netiek patērēts. Smokefoot, Wikipedia Commons

Katalīze tiek definēts kā palielināt ķīmiskās reakcijas ātrums ieviešot a katalizators . Katalizators, savukārt, ir viela, ko nepatērē ķīmiskā reakcija , bet darbojas, lai to pazeminātu aktivizācijas enerģija . Citiem vārdiem sakot, katalizators ir gan a reaģents un produkts par ķīmisko reakciju. Parasti tam ir nepieciešams tikai ļoti neliels katalizatora daudzums katalizēt reakcija.

Katalīzes SI vienība ir katals. Šī ir atvasināta vienība, kas ir moli sekundē. Kad fermenti katalizē reakciju, vēlamā vienība ir enzīma vienība. Katalizatora efektivitāti var izteikt, izmantojot apgrozījuma skaitli (TON) vai apgrozījuma biežumu (TOF), kas ir TON uz laika vienību.

Katalīze ir būtisks process ķīmiskajā rūpniecībā. Tiek lēsts, ka 90% komerciāli ražoto ķīmisko vielu tiek sintezētas katalītiskā procesā.

Dažreiz terminu “katalīze” lieto, lai apzīmētu reakciju, kurā tiek patērēta viela (piemēram, bāzes katalizēta estera hidrolīze). Saskaņā ar IUPAC , tas ir nepareizs termina lietojums. Šajā situācijā reakcijai pievienotā viela jāsauc par an aktivators nevis katalizators.

Galvenās atziņas: kas ir katalīze?

• Katalīze ir ķīmiskās reakcijas ātruma palielināšanas process, pievienojot tai katalizatoru.
• Katalizators ir gan reaģents, gan reakcijas produkts, tāpēc tas netiek patērēts.
• Katalīze darbojas, samazinot reakcijas aktivācijas enerģiju, padarot to termodinamiski labvēlīgāku.
• Katalīze ir svarīga! Apmēram 90% komerciālo ķīmisko vielu tiek sagatavotas, izmantojot katalizatorus.

Kā darbojas katalīze

Katalizators piedāvā atšķirīgu pārejas stāvokli ķīmiskai reakcijai ar zemāku aktivācijas enerģiju. Sadursmes starp reaģentu molekulām, visticamāk, sasniegs enerģiju, kas nepieciešama produktu veidošanai, nekā bez katalizatora klātbūtnes. Dažos gadījumos viens no katalīzes efektiem ir temperatūras pazemināšanās, kurā notiek reakcija.

Katalīze nemaina ķīmisko līdzsvaru, jo tā ietekmē gan tiešo, gan apgriezto reakcijas ātrumu. Tas nemaina līdzsvara konstanti. Tāpat reakcijas teorētiskais iznākums netiek ietekmēts.

Katalizatoru piemēri

Kā katalizatorus var izmantot dažādas ķīmiskas vielas. Ķīmiskām reakcijām, kurās ir iesaistīts ūdens, piemēram hidrolīze un dehidratācija, protonu skābes parasti izmanto. Cietās vielas, ko izmanto kā katalizatorus, ir ceolīti, alumīnija oksīds, grafīta ogleklis un nanodaļiņas. Pārejas metālus (piemēram, niķeli) visbiežāk izmanto, lai katalizētu redoksreakcijas. Organiskās sintēzes reakcijas var katalizēt, izmantojot cēlmetālus vai “vēlos pārejas metālus”, piemēram, platīnu, zeltu, pallādiju, irīdiju, rutēniju vai rodiju.

Katalizatoru veidi

Divas galvenās katalizatoru kategorijas ir neviendabīgi katalizatori un viendabīgi katalizatori. Fermentus vai biokatalizatorus var uzskatīt par atsevišķu grupu vai kā piederīgus vienai no divām galvenajām grupām.

Heterogēni katalizatori ir tie, kas pastāv citā fāzē nekā katalizētā reakcija. Piemēram, cietie katalizatori, kas katalizē reakciju šķidrumu un/vai gāzu maisījumā, ir neviendabīgi katalizatori. Virsmas laukums ir ļoti svarīgs šāda veida katalizatora darbībai.

Homogēni katalizatori pastāv tajā pašā fāzē kā ķīmiskās reakcijas reaģenti. Organometāliskie katalizatori ir viens no viendabīgu katalizatoru veidiem.

Fermenti ir proteīnu bāzes katalizatori. Tie ir viena veida biokatalizators . Šķīstošie enzīmi ir viendabīgi katalizatori, savukārt ar membrānu saistītie enzīmi ir heterogēni katalizatori. Biokatalīzi izmanto akrilamīda un augstas fruktozes kukurūzas sīrupa komerciālai sintēzei.

Saistītie noteikumi

Prekatalizatori ir vielas, kas ķīmiskās reakcijas laikā pārvēršas par katalizatoriem. Var būt indukcijas periods, kamēr prekatalizatori tiek aktivizēti, lai kļūtu par katalizatoriem.

Kokatalizatori un veicinātāji ir nosaukumi, kas doti ķīmiskajām sugām, kas veicina katalītisko aktivitāti. Kad šīs vielas tiek izmantotas, process tiek saukts kooperatīvā katalīze .

Avoti

• IUPAC (1997). Ķīmiskās terminoloģijas apkopojums (2. izdevums) (“Zelta grāmata”). doi: 10.1351/zelta grāmata.C00876
• Knözinger, Helmut un Kochloefl, Karl (2002). 'Heterogēnā katalīze un cietie katalizatori' in Ulmana rūpnieciskās ķīmijas enciklopēdija . Wiley-VCH, Vainheima. doi: 10.1002/14356007.a05_313
• Laidlers, K.J. un Meizers, J.H. (1982). Fizikālā ķīmija . Bendžamins/Kamingss. ISBN 0-618-12341-5.
• Masel, Ričards I. (2001). Ķīmiskā kinētika un katalīze . Wiley-Interscience, Ņujorka. 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). 'Visu ķīmiskās reakcijas starpposmu novērošana uz oksīda virsmas, izmantojot skenējošo tunelēšanas mikroskopiju'. ACS Nano . 3 (3): 517–26. doi: 10.1021/nn8008245