Definícia katalýzy v chémii

Katalyzátor umožňuje inú energetickú dráhu pre chemickú reakciu, ktorá má nižšiu aktivačnú energiu. Katalyzátor sa pri chemickej reakcii nespotrebuje. Smokefoot, Wikipedia Commons

Katalýza je definovaný ako zvýšenie rýchlosť chemickej reakcie zavedením a katalyzátor . Katalyzátor je zase látka, ktorá nie je spotrebovaná chemická reakcia , ale pôsobí na jej zníženie aktivačnej energie . Inými slovami, katalyzátor je oboje a reaktant a produktu chemickej reakcie. Typicky je na to potrebné len veľmi malé množstvo katalyzátora katalyzovať reakciu.

Jednotkou SI pre katalýzu je katal. Toto je odvodená jednotka, ktorou sú móly za sekundu. Keď enzýmy katalyzujú reakciu, výhodnou jednotkou je enzýmová jednotka. Účinnosť katalyzátora možno vyjadriť pomocou čísla obratu (TON) alebo frekvencie obratu (TOF), čo je TON za jednotku času.

Katalýza je životne dôležitý proces v chemickom priemysle. Odhaduje sa, že 90 % komerčne vyrábaných chemikálií sa syntetizuje katalytickým procesom.

Niekedy sa výraz „katalýza“ používa na označenie reakcie, pri ktorej sa látka spotrebuje (napr. zásadou katalyzovaná hydrolýza esteru). Podľa IUPAC , ide o nesprávne použitie výrazu. V tejto situácii by sa látka pridaná do reakcie mala nazývať an aktivátor skôr ako katalyzátor.

Kľúčové poznatky: Čo je katalýza?

• Katalýza je proces zvyšovania rýchlosti chemickej reakcie pridaním katalyzátora.
• Katalyzátor je reaktantom aj produktom reakcie, takže sa nespotrebuje.
• Katalýza funguje tak, že znižuje aktivačnú energiu reakcie, vďaka čomu je termodynamicky priaznivejšia.
• Dôležitá je katalýza! Približne 90 % komerčných chemikálií sa pripravuje pomocou katalyzátorov.

Ako funguje katalýza

Katalyzátor ponúka iný prechodový stav pre chemickú reakciu s nižšou aktivačnou energiou. Zrážkami medzi molekulami reaktantov sa s väčšou pravdepodobnosťou dosiahne energia potrebná na vytvorenie produktov ako bez prítomnosti katalyzátora. V niektorých prípadoch je jedným z účinkov katalýzy zníženie teploty, pri ktorej bude reakcia prebiehať.

Katalýza nemení chemickú rovnováhu, pretože ovplyvňuje doprednú aj spätnú rýchlosť reakcie. 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, ako napr hydrolýza a dehydratácia sa bežne používajú protónové kyseliny. Pevné látky používané ako katalyzátory zahŕňajú zeolity, oxid hlinitý, grafitický uhlík a nanočastice. Na katalýzu redoxných reakcií sa najčastejšie používajú prechodové kovy (napr. nikel). Reakcie organickej syntézy môžu byť katalyzované použitím ušľachtilých kovov alebo „neskoro prechodných kovov“, ako je platina, zlato, paládium, irídium, ruténium alebo ródium.

Typy katalyzátorov

Dve hlavné kategórie katalyzátorov sú heterogénne katalyzátory a homogénne katalyzátory. Enzýmy alebo biokatalyzátory možno považovať za samostatnú skupinu alebo za patriace do jednej z dvoch hlavných skupín.

Heterogénne katalyzátory sú tie, ktoré existujú v inej fáze, než je reakcia, ktorá je katalyzovaná. Napríklad pevné katalyzátory, ktoré 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 homogénnych katalyzátorov.

Enzýmy sú katalyzátory na báze proteínov. Sú jedným typom 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

Prekatalyzátory sú látky, ktoré sa počas chemickej reakcie menia na katalyzátory. Môže nastať indukčná perióda, kým sa predkatalyzátory aktivujú, aby sa stali katalyzátormi.

Ko-katalyzátory a promotérov sú názvy chemických druhov, ktoré napomáhajú katalytickej aktivite. Keď sa použijú tieto látky, proces sa nazýva kooperatívna katalýza .

Zdroje

• IUPAC (1997). Kompendium chemickej terminológie (2. vydanie) („Zlatá kniha“). doi: 10.1351/zlatá kniha.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 oxidovom povrchu pomocou skenovacej tunelovej mikroskopie.'. ACS Nano . 3 (3): 517-26. doi: 10.1021/nn8008245