katalýza je definovaný ako zvýšenie rýchlosť chemickej reakcie zavedením a katalyzátor. Katalyzátor je zase látka, ktorú nespotrebúva chemická reakcia, ale pôsobí na zníženie jeho hodnoty aktivačná energia. Inými slovami, katalyzátorom je a reagujúcu zložku a výrobok chemickej reakcie. Spravidla je potrebné iba veľmi malé množstvo katalyzátora katalyzuje reakcia.
Jednotkou SI pre katalýzu je katal. Toto je odvodená jednotka, ktorá je móly za sekundu. Keď enzýmy katalyzujú reakciu, výhodnou jednotkou je enzýmová jednotka. Účinnosť katalyzátora sa môže vyjadriť pomocou čísla obratu (TON) alebo frekvencie obratu (TOF), čo je TON za jednotku času.
Katalýza je v chemickom priemysle životne dôležitým procesom. Odhaduje sa, že 90% komerčne vyrábaných chemikálií sa syntetizuje katalytickým spôsobom.
Termín „katalýza“ sa niekedy používa na označenie reakcie, pri ktorej sa látka konzumuje (napr. Hydrolýza esteru katalyzovaná zásadou). Podľa IUPAC, je to nesprávne použitie tohto výrazu. V tejto situácii by sa látka pridaná do reakcie mala nazývať aktivátor namiesto katalyzátora.
Kľúčové cesty: Čo je katalýza?
- Katalýza je proces zvyšovania rýchlosti chemickej reakcie pridaním katalyzátora.
- Katalyzátor je v reakcii reaktant aj produkt, takže sa nespotrebúva.
- Katalýza funguje tak, že znižuje aktivačnú energiu reakcie, vďaka čomu je termodynamicky priaznivejšia.
- Katalýza je dôležitá! Približne 90% komerčných chemikálií sa pripraví pomocou katalyzátorov.
Ako funguje katalýza
Katalyzátor ponúka iný prechodný stav pre chemickú reakciu s nižšou aktivačnou energiou. Zrážky medzi molekulami reaktantov budú s väčšou pravdepodobnosťou dosahovať energiu potrebnú na tvorbu produktov, ako bez prítomnosti katalyzátora. V niektorých prípadoch je jedným účinkom katalýzy zníženie teploty, pri ktorej bude reakcia prebiehať.
Katalýza nemení chemickú rovnováhu, pretože ovplyvňuje rýchlosť reakcie vpred aj vzad. Nemení rovnovážnu konštantu. Podobne nie je ovplyvnený teoretický výťažok reakcie.
Príklady katalyzátorov
Ako katalyzátory sa môžu použiť rôzne chemikálie. Pre chemické reakcie, ktoré zahŕňajú vodu, napr hydrolýza a dehydratácia sa bežne používajú protónové kyseliny. Medzi pevné látky, ktoré sa používajú ako katalyzátory, patria zeolity, alumina, grafitický uhlík a nanočastice. Na katalyzovanie redoxných reakcií sa najčastejšie používajú prechodné kovy (napr. Nikel). Reakcie organickej syntézy môžu byť katalyzované použitím vzácnych kovov alebo „kovov s neskorým prechodom“, ako je platina, zlato, paládium, irídium, ruténium alebo ródium.
Druhy katalyzátorov
Dve hlavné kategórie katalyzátorov sú heterogénne katalyzátory a homogénne katalyzátory. Enzýmy alebo biokatalyzátory sa môžu považovať za samostatnú skupinu alebo za patriace do jednej z dvoch hlavných skupín.
Heterogénne katalyzátory sú tie, ktoré existujú v inej fáze ako katalyzovaná reakcia. Napríklad tuhé katalyzátory katalyzujú reakciu v zmesi kvapalín a / alebo plynov sú heterogénne katalyzátory. Povrchová plocha je rozhodujúca pre fungovanie tohto typu katalyzátora.
Homogénne katalyzátory existujú v rovnakej fáze ako reaktanty v chemickej reakcii. Organokovové katalyzátory sú jedným typom homogénneho katalyzátora.
enzýmy sú katalyzátory na báze proteínov. Sú jedným z typov biokatalyzátor. Rozpustné enzýmy sú homogénne katalyzátory, zatiaľ čo enzýmy viazané na membránu sú heterogénne katalyzátory. Biokatalýza sa používa na komerčnú syntézu akrylamidu a kukuričného sirupu s vysokým obsahom fruktózy.
Súvisiace podmienky
Precatalysts sú látky, ktoré sa počas chemickej reakcie menia na katalyzátory. Počas aktivácie predkatalyzátorov na katalyzátory môže existovať indukčná perióda.
Kokatalyzátory a predkladatelia sú názvy priradené chemickým druhom, ktoré napomáhajú katalytickej aktivite. Ak sa tieto látky používajú, tento postup sa nazýva kooperatívna katalýza.
zdroje
- IUPAC (1997). Kompendium chemickej terminológie (2. vydanie) („Zlatá kniha“). doi:10,1351 / goldbook. C00876
- Knözinger, Helmut a Kochloefl, Karl (2002). "Heterogénna katalýza a tuhé katalyzátory" v Ullmannova encyklopédia priemyselnej chémie. Wiley-VCH, Weinheim. doi:10,1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. a Meiser, J.H. (1982). Fyzikálna chémia. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
- Masel, Richard I. (2001). Chemická kinetika a katalýza. 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). "Pozorovanie všetkých medzistupňov chemickej reakcie na povrchu oxidu pomocou skenovacej tunelovej mikroskopie.". ACS Nano. 3 (3): 517–26. doi:10,1021 / nn8008245