катализа се определя като увеличаване на скорост на химическа реакция чрез въвеждане на a катализатор. Катализаторът от своя страна е вещество, което не се консумира от химическа реакция, но действа за понижаването му енергия за активиране. С други думи, катализатор е едновременно a реагент и продукт на химическа реакция. Обикновено се изисква само много малко количество катализатор, за да се направи катализирам реакция.
SI единицата за катализа е катал. Това е производна единица, която е бенки в секунда. Когато ензимите катализират реакция, предпочитаната единица е ензимната единица. Ефективността на катализатора може да се изрази като се използва числото на оборота (TON) или честотата на оборота (TOF), което е TON за единица време.
Катализата е жизненоважен процес в химическата промишленост. Изчислено е, че 90% от произведените в търговската мрежа химикали се синтезират чрез каталитичен процес.
Понякога терминът "катализа" се използва за обозначаване на реакция, при която веществото се консумира (например, катализирана с основата естерна хидролиза). Според
IUPAC, това е неправилно използване на термина. В тази ситуация веществото, добавено към реакцията, трябва да се нарече an активатор а не катализатор.Ключови заведения: Какво е катализа?
- Катализата е процесът на увеличаване на скоростта на химическа реакция чрез добавяне на катализатор към нея.
- Катализаторът е едновременно реагент и продукт в реакцията, така че не се консумира.
- Катализата работи като понижава енергията на активиране на реакцията, което я прави по-термодинамично по-благоприятна.
- Катализата е важна! Около 90% от търговските химикали се приготвят с помощта на катализатори.
Как работи катализата
Катализаторът предлага различно преходно състояние за химическа реакция, с по-ниска енергия на активиране. Сблъсъците между молекулите на реагентите са по-склонни да постигнат енергията, необходима за образуване на продукти, отколкото без присъствието на катализатора. В някои случаи един ефект на катализа е понижаване на температурата, при която ще се процедира реакция.
Катализата не променя химическото равновесие, защото влияе както на скоростта на реакцията, така и на обратната. Не променя равновесната константа. По същия начин теоретичният добив на реакцията не се влияе.
Примери за катализатори
Като катализатори може да се използва голямо разнообразие от химикали. За химични реакции, които включват вода, като напр хидролиза и дехидратация, протонните киселини обикновено се използват. Твърдите вещества, използвани като катализатори, включват зеолити, алуминиев оксид, графитен въглерод и наночастици. Преходните метали (например никел) най-често се използват за катализиране на редокс реакции. Реакциите на органичен синтез могат да бъдат катализирани, като се използват благородни метали или "късни преходни метали", като платина, злато, паладий, иридий, рутений или родий.
Видове катализатори
Двете основни категории катализатори са хетерогенни катализатори и хомогенни катализатори. Ензимите или биокатализаторите могат да се разглеждат като отделна група или като принадлежащи към една от двете основни групи.
Хетерогенни катализатори са тези, които съществуват в различна фаза от катализираната реакция. Например, твърди катализатори катализират реакцията в смес от течности и / или газове са хетерогенни катализатори. Повърхностната площ е от решаващо значение за функционирането на този тип катализатор.
Хомогенни катализатори съществуват в същата фаза като реагентите в химическата реакция. Органометалните катализатори са един вид хомогенен катализатор.
Ензимите са катализатори на протеинова основа. Те са един вид биокатализатор. Разтворимите ензими са хомогенни катализатори, докато свързаните с мембраната ензими са хетерогенни катализатори. Биокатализата се използва за търговски синтез на акриламид и високофруктозен царевичен сироп.
Свързани условия
Precatalysts са вещества, които се превръщат в катализатори по време на химическа реакция. Може да настъпи период на индукция, докато прекатализаторите се активират, за да станат катализатори.
Съорганизатори на катализатори и промоутъри са имена, дадени на химически видове, които подпомагат каталитичната активност. Когато се използват тези вещества, процесът се обозначава кооперативна катализа.
Източници
- IUPAC (1997). Комплекс от химическа терминология (2-ро изд.) („Златната книга“). DOI:10,1351 / goldbook. C00876
- Knözinger, Helmut and Kochloefl, Karl (2002). "Хетерогенна катализа и твърди катализатори" в Енциклопедия на индустриалната химия на Ullmann. Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10,1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. и Meiser, J.H. (1982). Физическа химия. Бенджамин / Къмингс. ISBN 0-618-12341-5.
- Масел, Ричард I. (2001). Химична кинетика и катализа. Wiley-Interscience, Ню 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 на всички междинни стъпки на химическа реакция върху оксидна повърхност чрез сканираща тунелна микроскопия.“ ACS Nano. 3 (3): 517–26. DOI:10,1021 / nn8008245