Katalīze tiek definēts kā ķīmiskās reakcijas ātrums ieviešot katalizators. Katalizators, savukārt, ir viela, ko patērē ķīmiskā reakcija, bet darbojas, lai to pazeminātu aktivizācijas enerģija. Citiem vārdiem sakot, katalizators ir gan a reaģents un produkts ķīmiskās reakcijas. Parasti, lai iegūtu katalizatoru, ir nepieciešams tikai ļoti mazs daudzums katalizēt reakcija.
SI vienība katalīzē ir katal. Šī ir atvasināta vienība, kas ir moli sekundē. Kad fermenti katalizē reakciju, vēlamā vienība ir fermenta vienība. Katalizatora efektivitāti var izteikt, izmantojot apgrozījuma numuru (TON) vai apgrozījuma biežumu (TOF), kas ir TON uz laika vienību.
Katalīze ir svarīgs process ķīmiskajā rūpniecībā. Tiek lēsts, ka 90% komerciāli ražoto ķīmisko vielu tiek sintezētas katalītiskā procesā.
Dažreiz terminu "katalīze" izmanto, lai apzīmētu reakciju, kurā viela tiek patērēta (piemēram, bāzes katalizēta estera hidrolīze). Saskaņā ar IUPAC, tā ir nepareiza termina lietošana. Šajā situācijā reakcijai pievienoto vielu vajadzētu saukt par aktivators nevis katalizators.
Galvenās izņemtās preces: kas ir katalīze?
- Katalīze ir ķīmiskās reakcijas ātruma palielināšanas process, pievienojot tam katalizatoru.
- Katalizators ir gan reaģents, gan produkts reakcijā, tāpēc to neizmanto.
- Katalīze darbojas, pazeminot reakcijas aktivizācijas enerģiju, padarot to termodinamiski labvēlīgāku.
- Katalīze ir svarīga! Apmēram 90% komerciālo ķīmisko vielu tiek pagatavoti, izmantojot katalizatorus.
Kā darbojas katalīze
Katalizators piedāvā atšķirīgu ķīmiskās reakcijas pārejas stāvokli ar zemāku aktivācijas enerģiju. Sadursmes starp reaģenta molekulām, visticamāk, ļaus sasniegt enerģiju, kas nepieciešama produktu veidošanai, nekā bez katalizatora klātbūtnes. Dažos gadījumos viens no katalīzes rezultātiem ir temperatūras pazemināšana, kurā notiks reakcija.
Katalīze nemaina ķīmisko līdzsvaru, jo ietekmē gan reakcijas ātrumu uz priekšu, gan atpakaļ. Tas nemaina līdzsvara konstanti. Tāpat neietekmē reakcijas teorētisko iznākumu.
Katalizatoru piemēri
Kā katalizatorus var izmantot ļoti dažādas ķimikālijas. Ķīmiskām reakcijām, kurās iesaistīts ūdens, piemēram, hidrolīze un dehidratācija, parasti izmanto protonu skābes. Cietās vielas, ko izmanto par katalizatoriem, ietver ceolītus, alumīnija oksīdu, grafīta ogli un nanodaļiņas. Pārejas metālus (piemēram, niķeli) visbiežāk izmanto, lai katalizētu redoksreakcijas. Organiskās sintēzes reakcijas var katalizēt, izmantojot cēlmetālus vai "vēlu pārejas metālus", piemēram, platīnu, zeltu, pallādiju, iridiju, rutēniju vai rodiju.
Katalizatoru veidi
Divas galvenās katalizatoru kategorijas ir neviendabīgi katalizatori un viendabīgi katalizatori. Fermentus vai biokatalizatorus var uzskatīt par atsevišķu grupu vai piederību vienai no divām galvenajām grupām.
Heterogēni katalizatori ir tādi, kas pastāv citā fāzē nekā katalizētā reakcija. Piemēram, cietie katalizatori katalizē reakciju šķidrumu un / vai gāzu maisījumā ir neviendabīgi katalizatori. Virsmas laukums ir kritisks šāda veida katalizatora darbībai.
Homogēni katalizatori eksistē tajā pašā fāzē kā reaģenti ķīmiskajā reakcijā. Metālorganiskie katalizatori ir viena veida homogēns katalizators.
Fermenti ir katalizatori uz olbaltumvielu bāzes. Tie ir viena veida biokatalizators. Šķīstošie fermenti ir viendabīgi katalizatori, savukārt membrānai piesaistītie fermenti ir neviendabīgi katalizatori. Biokatalizāciju izmanto akrilamīda un kukurūzas sīrupa ar augstu fruktozi komerciālai sintēzei.
Saistītie noteikumi
Preatalizatori ir vielas, kas ķīmiskās reakcijas laikā pārvēršas par katalizatoriem. Var būt indukcijas periods, kamēr tiek aktivizēti priekškatalizatori, lai tie kļūtu par katalizatoriem.
Kokatalizatori un veicinātāji ir nosaukumi, kas piešķirti ķīmiskajām sugām, kuras veicina katalītisko darbību. Lietojot šīs vielas, process tiek saukts kooperatīvā katalīze.
Avoti
- IUPAC (1997). Ķīmiskās terminoloģijas apkopojums (2. izdevums) (“Zelta grāmata”). doi:10.1351 / zelta grāmata. C00876
- Knözinger, Helmut and Kochloefl, Karl (2002). "Heterogēna katalīze un cietie katalizatori" Ulmana rūpnieciskās ķīmijas enciklopēdija. Vileijs-VČ, Veinheima. doi:10.1002 / 14356007.a05_313
- Laidlers, K.J. un Meisers, Dž. (1982). Fizikālā ķīmija. Bendžamins / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
- Masels, Ričards I (2001). Ķīmiskā kinētika un katalīze. Vailija-starpziņa, 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 ķīmisko reakciju starpposmu novērošana uz oksīda virsmas, veicot skenēšanas tuneļu mikroskopiju." ACS Nano. 3 (3): 517–26. doi:10.1021 / nn8008245