Katalyse defineres som at øge hastighed for en kemisk reaktion ved at indføre en katalysator. En katalysator er på sin side et stof, der ikke forbruges af kemisk reaktion, men virker for at sænke dens aktiveringsenergi. Med andre ord er en katalysator begge en reaktant og produkt af en kemisk reaktion. Typisk kræves kun en meget lille mængde katalysator for at kunne katalyserer en reaktion.
SI-enheden til katalyse er katal. Dette er en afledt enhed, der er mol pr. Sekund. Når enzymer katalyserer en reaktion, er den foretrukne enhed enzymenheden. Effektiviteten af en katalysator kan udtrykkes ved anvendelse af omsætningsnummeret (TON) eller omsætningsfrekvensen (TOF), som er TON pr. Tidsenhed.
Katalyse er en vigtig proces i den kemiske industri. Det anslås, at 90% af kommercielt producerede kemikalier syntetiseres ved katalytisk proces.
Undertiden bruges udtrykket "katalyse" til at henvise til en reaktion, hvori et stof forbruges (for eksempel basiskatalyseret esterhydrolyse). Ifølge IUPAC
, dette er en forkert brug af udtrykket. I denne situation skal det stof, der føjes til reaktionen, kaldes en aktivator snarere end en katalysator.Key takeaways: Hvad er katalyse?
- Katalyse er processen med at øge hastigheden for en kemisk reaktion ved at tilsætte en katalysator til den.
- Katalysatoren er både en reaktant og et produkt i reaktionen, så den forbruges ikke.
- Katalyse fungerer ved at sænke reaktionens aktiveringsenergi, hvilket gør den mere termodynamisk gunstig.
- Katalyse er vigtig! Cirka 90% af kommercielle kemikalier fremstilles under anvendelse af katalysatorer.
Sådan fungerer katalyse
En katalysator tilbyder en anden overgangstilstand for en kemisk reaktion med en lavere aktiveringsenergi. Kollisioner mellem reaktantmolekyler er mere tilbøjelige til at opnå den krævede energi til dannelse af produkter end uden tilstedeværelsen af katalysatoren. I nogle tilfælde er en virkning af katalyse at sænke temperaturen, ved hvilken en reaktion behandles.
Katalyse ændrer ikke den kemiske ligevægt, fordi den påvirker både den fremadrettede og den bageste reaktionshastighed. Det ændrer ikke ligevægtskonstanten. Tilsvarende påvirkes det teoretiske udbytte af en reaktion ikke.
Eksempler på katalysatorer
En lang række kemikalier kan anvendes som katalysatorer. Ved kemiske reaktioner, der involverer vand, såsom hydrolyse og dehydrering anvendes protonsyrerne almindeligt. Faststoffer anvendt som katalysatorer inkluderer zeolitter, aluminiumoxid, grafitisk carbon og nanopartikler. Overgangsmetaller (f.eks. Nikkel) bruges ofte til at katalysere redoxreaktioner. Organiske syntesereaktioner kan katalyseres under anvendelse af ædelmetaller eller "sene overgangsmetaller", såsom platin, guld, palladium, iridium, ruthenium eller rhodium.
Typer af katalysatorer
De to hovedkategorier af katalysatorer er heterogene katalysatorer og homogene katalysatorer. Enzymer eller biokatalysatorer kan ses som en separat gruppe eller som tilhørende en af de to hovedgrupper.
Heterogene katalysatorer er dem, der findes i en anden fase end reaktionen, der katalyseres. For eksempel katalyserer faste katalysatorer en reaktion i en blanding af væsker og / eller gasser heterogene katalysatorer. Overfladeareal er kritisk for funktionen af denne type katalysator.
Homogene katalysatorer findes i samme fase som reaktanterne i den kemiske reaktion. Organometalliske katalysatorer er en type homogen katalysator.
Enzymer er proteinbaserede katalysatorer. De er en type biokatalysator. Opløselige enzymer er homogene katalysatorer, medens membranbundne enzymer er heterogene katalysatorer. Biokatalyse bruges til kommerciel syntese af acrylamid og majsfrugt med høj fruktose.
Relaterede vilkår
prækatalysatorer er stoffer, der omdannes til at blive katalysatorer under en kemisk reaktion. Der kan være en induktionsperiode, mens forkatalysatorerne aktiveres til at blive katalysatorer.
Co-katalysatorer og initiativtagere er navne, der gives til kemiske arter, der understøtter katalytisk aktivitet. Når disse stoffer bruges, kaldes processen kooperativ katalyse.
Kilder
- IUPAC (1997). Kompendium for kemisk terminologi (2. udgave) ("Guldbogen"). doi:10,1351 / goldbook. C00876
- Knözinger, Helmut og Kochloefl, Karl (2002). "Heterogen katalyse og faste katalysatorer" i Ullmanns encyklopædi for industriel kemi. Wiley-VCH, Weinheim. doi:10,1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. og Meiser, J.H. (1982). Fysisk kemi. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
- Masel, Richard I. (2001). Kemisk kinetik og katalyse. 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). "Observation af alle mellemliggende trin i en kemisk reaktion på en oxidoverflade ved at scanne tunnelmikroskopi.". ACS Nano. 3 (3): 517–26. doi:10,1021 / nn8008245