Definirea catalizatorilor și modul în care funcționează

Un catalizator este o substanță chimică care afectează viteza unei reacții chimice prin modificarea energiei de activare necesare reacției. Acest proces se numește cataliză. Un catalizator nu este consumat de reacție și poate participa la reacții multiple simultan. Singura diferență între o reacție catalizată și o reacție necatalizată este aceea că energia de activare este diferită. Nu există niciun efect asupra energiei reactanților sau a produselor. ΔH pentru reacții este același.

Cum funcționează catalizatorii

Catalizatorii permit un mecanism alternativ pentru ca reactanții să devină produse, cu o energie de activare mai mică și cu o stare de tranziție diferită. Un catalizator poate permite ca reacția să se desfășoare la o temperatură mai mică sau să crească rata de reacție sau selectivitatea. Catalizatorii reacționează adesea cu reactanți pentru a forma intermediari care, în cele din urmă, produc aceleași produse de reacție și regenerează catalizatorul. Rețineți că catalizatorul poate fi consumat în timpul uneia dintre etapele intermediare, dar va fi creat din nou înainte de finalizarea reacției.

Catalizatori pozitivi și negativi (inhibitori)

De obicei, când cineva se referă la un catalizator, înseamnă a catalizator pozitiv, care este un catalizator care accelerează viteza unei reacții chimice prin reducerea energiei sale de activare. Există, de asemenea, catalizatori sau inhibitori negativi, care încetinesc rata unei reacții chimice sau o fac mai puțin probabil să apară.

Promotori și otrăvuri catalitice

Un promotor este o substanță care crește activitatea unui catalizator. O otravă catalitică este o substanță care inactivează un catalizator.

Catalizatori în acțiune

• Enzimele sunt catalizatori biologici specifici reacției. Reacționează cu un substrat pentru a forma un compus intermediar instabil. De exemplu, anhidraza carbonică catalizează reacția:
  H₂CO₃(aq) ⇆ H₂O (l) + CO₂(Aq)
  Enzima permite reacției să atingă echilibrul mai rapid. În cazul acestei reacții, enzima face posibilă difuzarea dioxidului de carbon în sânge și în plămâni, astfel încât să poată fi expulzată.
• Permanganatul de potasiu este un catalizator pentru descompunerea peroxidului de hidrogen în gaz de oxigen și apă. Adăugarea de permanganat de potasiu crește temperatura reacției și viteza acestuia.
• Mai multe metale de tranziție pot acționa ca catalizatori. Un bun exemplu de platină în catalizatorul unui automobil. Catalizatorul face posibilă transformarea monoxidului de carbon toxic în dioxid de carbon mai puțin toxic. Acesta este un exemplu de cataliză eterogenă.
• Un exemplu clasic de reacție care nu se desfășoară într-un ritm apreciabil până la adăugarea unui catalizator este cel dintre hidrogen gaz și oxigen gaz. Dacă amesteci cele două gaze, nu se întâmplă nimic. Cu toate acestea, dacă adăugați căldură dintr-un meci aprins sau o scânteie, depășiți energia de activare pentru a începe reacția. În această reacție, cele două gaze reacționează pentru a produce apă (exploziv).
  H₂ + O₂ ↔ H₂O
• Reacția de ardere este similară. De exemplu, atunci când arzi o lumânare, depășești energia de activare prin aplicarea căldurii. Odată ce reacția începe, căldura eliberată din reacție depășește energia de activare necesară pentru a permite să continue.