Definiția catalizei în chimie

Cataliză este definit ca fiind creșterea vitezei unei reacții chimice prin introducerea a catalizator. La rândul său, un catalizator este o substanță care nu este consumată de reacția chimică, ci acționează pentru a scădea energia de activare. Cu alte cuvinte, un catalizator este atât un reactant, cât și un produs al unei reacții chimice. De obicei, este necesară doar o cantitate foarte mică de catalizator catalizează o reacție.

Unitatea SI pentru cataliză este katal. Aceasta este o unitate derivată care este aluniți pe secundă. Când enzimele catalizează o reacție, unitatea preferată este unitatea enzimatică. Eficacitatea unui catalizator poate fi exprimată folosind numărul cifrei de afaceri (TON) sau frecvența cifrei de afaceri (TOF), care este TON pe unitate de timp.

Cataliza este un proces vital în industria chimică. Se estimează că 90% din substanțele chimice produse comercial sunt sintetizate prin intermediul procesului catalitic.

Uneori, termenul "cataliză" este utilizat pentru a se referi la o reacție în care se consumă o substanță (de exemplu, hidroliză de ester catalizată de bază). Potrivit IUPAC, aceasta este o utilizare incorectă a termenului. În această situație, substanța adăugată la reacție ar trebui numită an activator mai degrabă decât un catalizator.

Cheltuieli cheie: Ce este cataliză?

• Cataliza este procesul de creștere a vitezei unei reacții chimice prin adăugarea unui catalizator.
• Catalizatorul este atât un agent de reacție, cât și un produs în reacție, deci nu este consumat.
• Cataliza funcționează scăzând energia de activare a reacției, ceea ce o face mai favorabilă termodinamic.
• Cataliza este importantă! Aproximativ 90% din substanțele chimice comerciale sunt preparate folosind catalizatori.

Cum funcționează cataliza

Un catalizator oferă o stare de tranziție diferită pentru o reacție chimică, cu o energie de activare mai mică. Coliziunile dintre moleculele reactante sunt mai susceptibile să obțină energia necesară pentru formarea produselor decât fără prezența catalizatorului. În unele cazuri, un efect al catalizei este scăderea temperaturii la care se va procesa o reacție.

Cataliza nu schimbă echilibrul chimic, deoarece afectează atât rata de reacție înainte cât și invers. Nu schimbă constanta de echilibru. În mod similar, randamentul teoretic al unei reacții nu este afectat.

Exemple de catalizatori

Ca catalizatori pot fi folosiți o mare varietate de substanțe chimice. Pentru reacțiile chimice care implică apă, cum ar fi hidroliza și deshidratarea, se folosesc în mod obișnuit acizii protonici. Solidele utilizate ca catalizatori includ zeoliți, alumină, carbon grafitic și nanoparticule. Metalele de tranziție (de exemplu, nichel) sunt utilizate cel mai adesea pentru a cataliza reacțiile redox. Reacțiile de sinteză organică pot fi catalizate folosind metale nobile sau „metale de tranziție târzie”, cum ar fi platina, aurul, paladiul, iridiul, ruteniul sau rodiul.

Tipuri de catalizatori

Cele două categorii principale de catalizatori sunt catalizatori eterogeni și catalizatori omogeni. Enzimele sau biocatalizatorii pot fi priviți ca un grup separat sau ca aparținând unuia dintre cele două grupuri principale.

Catalizatori eterogeni sunt cele care există într-o fază diferită de reacția catalizată. De exemplu, catalizatorii solizi care catalizează o reacție într-un amestec de lichide și / sau gaze sunt catalizatori eterogeni. Suprafața este esențială pentru funcționarea acestui tip de catalizator.

Catalizatori omogeni există în aceeași fază cu reactanții din reacția chimică. Catalizatorii organometalici sunt un tip de catalizator omogen.

enzimele sunt catalizatori pe bază de proteine. Ele sunt un singur tip de biocatalizator. Enzimele solubile sunt catalizatori omogeni, în timp ce enzimele legate de membrană sunt catalizatori eterogeni. Biocataliza este utilizată pentru sinteza comercială a acrilamidei și a siropului de porumb cu fructoză ridicată.

Termeni înrudiți

Precatalysts sunt substanțe care se transformă pentru a deveni catalizatori în timpul unei reacții chimice. Poate exista o perioadă de inducție în timp ce precatalizatorii sunt activiți pentru a deveni catalizatori.

Co-catalizatori și promotori sunt nume date speciilor chimice care ajută activitatea catalitică. Când aceste substanțe sunt utilizate, procesul este denumit cataliză cooperativă.

surse

• IUPAC (1997). Compendiu de terminologie chimică (Ediția a 2-a) („Cartea de aur”). doi: 10.1351 / goldbook.C00876
• Knözinger, Helmut și Kochloefl, Karl (2002). "Cataliză heterogenă și catalizatori solizi" în Enciclopedia de chimie industrială a lui Ullmann. Wiley-VCH, Weinheim. doi: 10.1002 / 14356007.a05_313
• Laidler, K.J. și Meiser, J.H. (1982). Chimie Fizica. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
• Masel, Richard I. (2001). Cinetică chimică și cataliză. 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). "Observarea tuturor etapelor intermediare ale unei reacții chimice pe o suprafață de oxid prin scanarea microscopiei tunelului.". ACS Nano. 3 (3): 517-26. doi: 10.1021 / nn8008245