Katalysedefinisjon i kjemi

En katalysator tillater en annen energivei for en kjemisk reaksjon som har lavere aktiveringsenergi. Katalysatoren forbrukes ikke i den kjemiske reaksjonen. Smokefoot, Wikipedia Commons

Katalyse er definert som å øke hastigheten på en kjemisk reaksjon ved å introdusere en katalysator . En katalysator er i sin tur et stoff som ikke konsumeres av kjemisk reaksjon , men virker for å senke dens aktiveringsenergi . Med andre ord er en katalysator både en reaktant og produkt av en kjemisk reaksjon. Vanligvis kreves det bare en svært liten mengde katalysator for å kunne katalysere en reaksjon.

SI-enheten for katalyse er katal. Dette er en avledet enhet som er mol per sekund. Når enzymer katalyserer en reaksjon, er den foretrukne enheten enzymenheten. Effektiviteten til en katalysator kan uttrykkes ved å bruke omsetningstallet (TON) eller omsetningsfrekvensen (TOF), som er TON per tidsenhet.

Katalyse er en viktig prosess i kjemisk industri. Det er anslått at 90 % av kommersielt produserte kjemikalier syntetiseres via katalytisk prosess.

Noen ganger brukes begrepet 'katalyse' for å referere til en reaksjon der et stoff konsumeres (f.eks. basekatalysert esterhydrolyse). Ifølge IUPAC , dette er en feil bruk av begrepet. I denne situasjonen bør stoffet som legges til reaksjonen kalles en aktivator heller enn en katalysator.

Viktige takeaways: Hva er katalyse?

• Katalyse er prosessen med å øke hastigheten på en kjemisk reaksjon ved å tilsette en katalysator til den.
• Katalysatoren er både en reaktant og et produkt i reaksjonen, så den forbrukes ikke.
• Katalyse fungerer ved å senke aktiveringsenergien til reaksjonen, noe som gjør den mer termodynamisk gunstig.
• Katalyse er viktig! Omtrent 90 % av kommersielle kjemikalier fremstilles ved bruk av katalysatorer.

Hvordan katalyse fungerer

En katalysator tilbyr en annen overgangstilstand for en kjemisk reaksjon, med lavere aktiveringsenergi. Kollisjoner mellom reaktantmolekyler er mer sannsynlig å oppnå energien som kreves for å danne produkter enn uten tilstedeværelse av katalysatoren. I noen tilfeller er en effekt av katalyse å senke temperaturen som en reaksjon vil behandle.

Katalyse endrer ikke kjemisk likevekt fordi den påvirker både forover og bakover reaksjonshastigheten. Det endrer ikke likevektskonstanten. På samme måte påvirkes ikke det teoretiske utbyttet av en reaksjon.

Eksempler på katalysatorer

En lang rekke kjemikalier kan brukes som katalysatorer. For kjemiske reaksjoner som involverer vann, som f.eks hydrolyse og dehydrering, er protonsyrene ofte brukt. Faste stoffer som brukes som katalysatorer inkluderer zeolitter, alumina, grafittisk karbon og nanopartikler. Overgangsmetaller (f.eks. nikkel) brukes oftest for å katalysere redoksreaksjoner. Organiske syntesereaksjoner kan katalyseres ved bruk av edelmetaller eller 'sen overgangsmetaller', som platina, gull, palladium, iridium, ruthenium eller rhodium.

Typer katalysatorer

De to hovedkategoriene av katalysatorer er heterogene katalysatorer og homogene katalysatorer. Enzymer eller biokatalysatorer kan sees på som en separat gruppe eller som tilhørende en av de to hovedgruppene.

Heterogene katalysatorer er de som eksisterer i en annen fase enn reaksjonen som katalyseres. For eksempel er faste katalysatorer som katalyserer en reaksjon i en blanding av væsker og/eller gasser heterogene katalysatorer. Overflatearealet er avgjørende for funksjonen til denne typen katalysatorer.

Homogene katalysatorer eksisterer i samme fase som reaktantene i den kjemiske reaksjonen. Organometalliske katalysatorer er en type homogen katalysator.

Enzymer er proteinbaserte katalysatorer. De er en type biokatalysator . Løselige enzymer er homogene katalysatorer, mens membranbundne enzymer er heterogene katalysatorer. Biokatalyse brukes til kommersiell syntese av akrylamid og maissirup med høy fruktose.

Relaterte vilkår

Forkatalysatorer er stoffer som omdannes til å bli katalysatorer under en kjemisk reaksjon. Det kan være en induksjonsperiode mens prekatalysatorene aktiveres for å bli katalysatorer.

Kokatalysatorer og promotører er navn gitt til kjemiske arter som hjelper katalytisk aktivitet. Når disse stoffene brukes, kalles prosessen kooperativ katalyse .

Kilder

• IUPAC (1997). Kompendium av kjemisk terminologi (2. utgave) ('Gullboken'). gjør jeg: 10.1351/gullbok.C00876
• Knözinger, Helmut og Kochloefl, Karl (2002). 'Heterogen katalyse og faste katalysatorer' i Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry . Wiley-VCH, Weinheim. gjør jeg: 10.1002/14356007.a05_313
• Laidler, K.J. og Meiser, J.H. (1982). Fysisk kjemi . Benjamin/Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
• Masel, Richard I. (2001). Kjemisk kinetikk 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). 'Observasjon av alle mellomtrinn i en kjemisk reaksjon på en oksidoverflate ved skannetunnelmikroskopi.'. ACS Nano . 3 (3): 517–26. gjør jeg: 10.1021/nn8008245