Kataliza definira se kao povećanje vrijednosti brzina kemijske reakcije uvođenjem a katalizator. Katalizator je, pak, tvar koju ne konzumiraju kemijska reakcija, ali djeluje na snižavanje njezina energija aktivacije. Drugim riječima, katalizator je i a reaktant i proizvod kemijske reakcije. Obično je potrebna samo vrlo mala količina katalizatora da bi se to učinilo kataliziraju reakcija.
SI jedinica za katalizu je katal. Ovo je izvedena jedinica koja je molovi u sekundi. Kad enzimi kataliziraju reakciju, preferirana jedinica je enzimska jedinica. Učinkovitost katalizatora može se izraziti korištenjem broja obrtaja (TON) ili frekvencije prometa (TOF), koji je TON po jedinici vremena.
Kataliza je važan proces u kemijskoj industriji. Procjenjuje se da se 90% komercijalno proizvedenih kemikalija sintetizira katalitičkim postupkom.
Pojam se ponekad upotrebljava za označavanje reakcije u kojoj se troši tvar (npr. Hidroliza estera kataliziranog bazom). Prema IUPAC, to je pogrešna upotreba izraza. U ovoj situaciji, tvar dodana u reakciju treba nazvati an aktivator a ne katalizator.
Ključni koraci: što je kataliza?
- Kataliza je proces povećanja brzine kemijske reakcije dodavanjem katalizatora.
- Katalizator je i reaktant i proizvod reakcije, tako da se ne troši.
- Kataliza djeluje tako da smanjuje aktivacijsku energiju reakcije, čineći je termodinamički povoljnijom.
- Kataliza je važna! Oko 90% komercijalnih kemikalija priprema se pomoću katalizatora.
Kako djeluje kataliza
Katalizator nudi drugačije prijelazno stanje za kemijsku reakciju, s nižom energijom aktivacije. Kolizijom između molekula reaktanata vjerojatnije je da će se postići energija potrebna za stvaranje proizvoda nego bez prisustva katalizatora. U nekim slučajevima, jedan učinak katalize je snižavanje temperature na kojoj će se odvijati reakcija.
Kataliza ne mijenja kemijsku ravnotežu jer utječe i na brzinu i naprijed i natrag. Ne mijenja konstantu ravnoteže. Slično tome, na teorijski prinos reakcije ne utječe.
Primjeri katalizatora
Kao katalizatori mogu se koristiti različite kemikalije. Za kemijske reakcije koje uključuju vodu, kao što su hidroliza a za dehidraciju se obično koriste protonske kiseline. Čvrsti sastojci koji se koriste kao katalizatori uključuju zeolite, glinicu, grafitni ugljik i nanočestice. Prijelazni metali (npr. Nikal) najčešće se koriste za kataliziranje redoks reakcija. Reakcije organske sinteze mogu se katalizirati uporabom plemenitih metala ili "metala kasne tranzicije", poput platine, zlata, paladija, iridija, rutenija ili rodija.
Vrste katalizatora
Dvije glavne kategorije katalizatora su heterogeni katalizatori i homogeni katalizatori. Enzimi ili biokatalizatori mogu se promatrati kao zasebna skupina ili kao pripadnici jednoj od dvije glavne skupine.
Heterogeni katalizatori su oni koji postoje u različitoj fazi od reakcije katalizirane. Na primjer, kruti katalizatori kataliziraju reakciju u smjesi tekućina i / ili plinova heterogeni su katalizatori. Površina je kritična za funkcioniranje ove vrste katalizatora.
Homogeni katalizatori postoje u istoj fazi kao i reaktanti u kemijskoj reakciji. Organometalni katalizatori su jedna vrsta homogenog katalizatora.
enzimi su katalizatori na bazi proteina. Oni su jedna vrsta biokatalizator. Topljivi enzimi su homogeni katalizatori, dok su enzimi vezani za membranu heterogeni katalizatori. Biokataliza se koristi za komercijalnu sintezu akrilamida i visokofruktoznog kukuruznog sirupa.
Povezani uvjeti
Precatalysts su tvari koje se pretvaraju u katalizatore tijekom kemijske reakcije. Može doći do razdoblja indukcije dok se predkatalizatori aktiviraju kako bi postali katalizatori.
Ko-katalizator i promotori su imena koja se daju kemijskim vrstama koje pomažu katalitičku aktivnost. Kada se te tvari koriste, postupak se naziva kooperativna kataliza.
izvori
- IUPAC (1997). Zbirka kemijske terminologije (2. izd.) ("Zlatna knjiga"). dOI:10,1351 / goldbook. C00876
- Knözinger, Helmut i Kochloefl, Karl (2002). "Heterogena kaliza i kruti katalizatori" u Ullmannova enciklopedija industrijske kemije. Wiley-VCH, Weinheim. dOI:10,1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. i Meiser, J.H. (1982). Fizička kemija. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
- Masel, Richard I. (2001). Kemijska kinetika i kataliza. 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). "Promatranje svih međuprostornih koraka kemijske reakcije na oksidnoj površini skeniranjem tunelirajuće mikroskopije." ACS Nano. 3 (3): 517–26. dOI:10,1021 / nn8008245