катализ определяется как увеличение скорость химической реакции введя катализатор. Катализатор, в свою очередь, представляет собой вещество, которое не потребляется химическая реакция, но действует, чтобы снизить его энергия активации. Другими словами, катализатор является одновременно реагент и продукт химической реакции. Как правило, только очень небольшое количество катализатора требуется для того, чтобы катализируют реакция.
Единицей СИ для катализа является катал. Это производная единица, которая является молей в секунду. Когда ферменты катализируют реакцию, предпочтительной единицей является единица фермента. Эффективность катализатора может быть выражена с использованием числа оборотов (TON) или частоты оборотов (TOF), которое составляет TON за единицу времени.
Катализ является жизненно важным процессом в химической промышленности. Подсчитано, что 90% химикатов, выпускаемых серийно, синтезируются с помощью каталитического процесса.
Иногда термин «катализ» используется для обозначения реакции, в которой расходуется вещество (например, катализируемый основанием гидролиз сложного эфира). Согласно
IUPACэто неправильное использование термина. В этой ситуации вещество, добавляемое в реакцию, следует называть активатор а не катализатор.Ключевые выводы: что такое катализ?
- Катализ - это процесс увеличения скорости химической реакции путем добавления к ней катализатора.
- Катализатор является одновременно реагентом и продуктом реакции, поэтому он не расходуется.
- Катализ работает за счет снижения энергии активации реакции, что делает ее более термодинамически выгодной.
- Катализ важен! Около 90% коммерческих химикатов готовятся с использованием катализаторов.
Как работает катализ
Катализатор предлагает другое переходное состояние для химической реакции с более низкой энергией активации. Столкновения между молекулами реагента с большей вероятностью достигают энергии, необходимой для образования продуктов, чем без присутствия катализатора. В некоторых случаях одним из эффектов катализа является снижение температуры, при которой протекает реакция.
Катализ не меняет химическое равновесие, поскольку влияет как на прямую, так и на обратную скорость реакции. Это не меняет константу равновесия. Точно так же теоретический выход реакции не затронут.
Примеры катализаторов
В качестве катализаторов может использоваться широкий спектр химических веществ. Для химических реакций с участием воды, таких как гидролиз и дегидратации, протонные кислоты обычно используются. Твердые вещества, используемые в качестве катализаторов, включают цеолиты, оксид алюминия, графитовый углерод и наночастицы. Переходные металлы (например, никель) чаще всего используются для катализирования окислительно-восстановительных реакций. Реакции органического синтеза могут быть катализированы с использованием благородных металлов или «поздних переходных металлов», таких как платина, золото, палладий, иридий, рутений или родий.
Типы катализаторов
Двумя основными категориями катализаторов являются гетерогенные катализаторы и гомогенные катализаторы. Ферменты или биокатализаторы можно рассматривать как отдельную группу или как принадлежащие к одной из двух основных групп.
Гетерогенные катализаторы те, которые существуют в фазе, отличной от катализируемой реакции. Например, твердые катализаторы, катализирующие реакцию в смеси жидкостей и / или газов, являются гетерогенными катализаторами. Площадь поверхности имеет решающее значение для функционирования этого типа катализатора.
Гомогенные катализаторы существуют в той же фазе, что и реагенты в химической реакции. Металлоорганические катализаторы представляют собой один тип гомогенного катализатора.
Ферменты являются белковыми катализаторами. Они один тип биологический катализатор. Растворимые ферменты являются гомогенными катализаторами, в то время как мембраносвязанные ферменты являются гетерогенными катализаторами. Биокатализ используется для коммерческого синтеза акриламида и кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы.
Связанные условия
Precatalysts вещества, которые превращаются, чтобы стать катализаторами во время химической реакции. Может быть индукционный период, пока прекатализаторы активируются, чтобы стать катализаторами.
Со-катализаторы и промоутеры названия, данные химическим видам, которые помогают каталитической активности. Когда эти вещества используются, процесс называется кооперативный катализ.
источники
- ИЮПАК (1997). Компендиум химической терминологии (2-е изд.) («Золотая книга»). DOI:10,1351 / goldbook. C00876
- Knözinger, Helmut and Kochloefl, Karl (2002). «Гетерогенный катализ и твердые катализаторы» в Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10,1002 / 14356007.a05_313
- Лейдлер, К.Дж. и Meiser, J.H. (1982). Физическая химия. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
- Мазель, Ричард И. (2001). Химическая кинетика и катализ. Wiley-Interscience, Нью-Йорк. 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). «Наблюдение за всеми промежуточными этапами химической реакции на оксидной поверхности методом сканирующей туннельной микроскопии». ACS Nano. 3 (3): 517–26. DOI:10,1021 / nn8008245