Katalýza je definován jako zvýšení rychlost chemické reakce zavedením a katalyzátor. Katalyzátor je zase látka, která není spotřebována chemická reakce, ale jedná o snížení jeho aktivační energie. Jinými slovy, katalyzátor je a reaktant a produkt chemické reakce. K tomu je obvykle zapotřebí jen velmi malé množství katalyzátoru katalyzovat reakce.
Jednotkou SI pro katalýzu je katal. Toto je odvozená jednotka, která je mol na sekundu. Když enzymy katalyzují reakci, je výhodnou jednotkou enzymová jednotka. Účinnost katalyzátoru může být vyjádřena pomocí čísla obratu (TON) nebo frekvence obratu (TOF), což je TON za jednotku času.
Katalýza je životně důležitý proces v chemickém průmyslu. Odhaduje se, že 90% komerčně vyráběných chemikálií je syntetizováno katalytickým procesem.
Někdy se termín „katalýza“ používá k označení reakce, při které je látka spotřebována (např. Hydrolýza esteru katalyzovaná bází). Podle IUPAC, jedná se o nesprávné použití termínu. V této situaci by měla být látka přidaná do reakce nazývána aktivátor spíše než katalyzátor.
Klíčové cesty: Co je katalýza?
- Katalýza je proces zvyšování rychlosti chemické reakce přidáním katalyzátoru.
- Katalyzátor je reakčním činidlem i produktem reakce, takže se nespotřebovává.
- Katalýza funguje tak, že snižuje aktivační energii reakce, díky čemuž je termodynamicky výhodnější.
- Katalýza je důležitá! Asi 90% komerčních chemikálií je připraveno za použití katalyzátorů.
Jak katalýza funguje
Katalyzátor nabízí odlišný stav přechodu pro chemickou reakci s nižší aktivační energií. Srážky mezi molekulami reaktantů s větší pravděpodobností dosáhnou energie potřebné k vytvoření produktů než bez přítomnosti katalyzátoru. V některých případech je jedním z účinků katalýzy snížení teploty, při které bude reakce probíhat.
Katalýza nemění chemickou rovnováhu, protože ovlivňuje rychlost reakce vpřed i vzad. Nemění rovnovážnou konstantu. Podobně není ovlivněn teoretický výtěžek reakce.
Příklady katalyzátorů
Jako katalyzátory mohou být použity různé chemikálie. Pro chemické reakce, které zahrnují vodu, jako je hydrolýza a dehydratace se běžně používají protonové kyseliny. Mezi pevné látky používané jako katalyzátory patří zeolity, alumina, grafitový uhlík a nanočástice. Na katalyzování redoxních reakcí se nejčastěji používají přechodné kovy (např. Nikl). Reakce organické syntézy mohou být katalyzovány za použití ušlechtilých kovů nebo "kovů s pozdním přechodem", jako je platina, zlato, palladium, iridium, ruthenium nebo rhodium.
Typy katalyzátorů
Dvě hlavní kategorie katalyzátorů jsou heterogenní katalyzátory a homogenní katalyzátory. Enzymy nebo biokatalyzátory lze považovat za samostatnou skupinu nebo za součást jedné ze dvou hlavních skupin.
Heterogenní katalyzátory jsou ty, které existují v jiné fázi než katalyzovaná reakce. Například pevné katalyzátory katalyzují reakci ve směsi kapalin a / nebo plynů jsou heterogenní katalyzátory. Povrchová plocha je rozhodující pro fungování tohoto typu katalyzátoru.
Homogenní katalyzátory existují ve stejné fázi jako reaktanty v chemické reakci. Organokovové katalyzátory jsou jedním typem homogenního katalyzátoru.
Enzymy jsou katalyzátory na bázi proteinu. Jsou jedním z typů biokatalyzátor. Rozpustné enzymy jsou homogenní katalyzátory, zatímco enzymy vázané na membránu jsou heterogenní katalyzátory. Biokatalýza se používá pro komerční syntézu akrylamidu a kukuřičného sirupu s vysokým obsahem fruktózy.
Související termíny
Prekatalyzátory jsou látky, které se během chemické reakce mění na katalyzátory. Může dojít k indukční periodě, zatímco jsou prekatalyzátory aktivovány, aby se staly katalyzátory.
Kokatalyzátory a promotory jsou názvy dané chemickým druhům, které napomáhají katalytické aktivitě. Pokud jsou tyto látky použity, proces se nazývá kooperativní katalýza.
Zdroje
- IUPAC (1997). Kompendium chemické terminologie (2. vydání) („Zlatá kniha“). doi:10.1351 / zlatá kniha. C00876
- Knözinger, Helmut a Kochloefl, Karl (2002). "Heterogenní katalýza a pevné katalyzátory" v roce 2007 Ullmannova encyklopedie průmyslové chemie. Wiley-VCH, Weinheim. doi:10,1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. a Meiser, J.H. (1982). Fyzikální chemie. 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). "Pozorování všech přechodných kroků chemické reakce na povrchu oxidu pomocí skenovací tunelové mikroskopie.". ACS Nano. 3 (3): 517–26. doi:10,1021 / nn8008245