katalyysi on määritelty lisäämään kemiallisen reaktion nopeus ottamalla käyttöön katalyytti. Katalyytti puolestaan on ainetta, jota kuluttaja ei kuluta kemiallinen reaktio, mutta vähentää sitä aktivointienergia. Toisin sanoen, katalyytti on molemmat a reaktanttia ja tuote kemiallisen reaktion. Tyypillisesti tarvitaan vain hyvin pieni määrä katalyyttiä katalysoivat reaktio.
Katalyytin SI-yksikkö on katal. Tämä on johdettu yksikkö, joka on moolia sekunnissa. Kun entsyymit katalysoivat reaktiota, edullinen yksikkö on entsyymiyksikkö. Katalyytin tehokkuus voidaan ilmaista käyttämällä vaihtolukua (TON) tai vaihtotaajuutta (TOF), joka on TON / aikayksikkö.
Katalyysi on tärkeä prosessi kemianteollisuudessa. On arvioitu, että 90% kaupallisesti valmistetuista kemikaaleista syntetisoidaan katalyyttisen prosessin avulla.
Joskus termiä "katalyysi" käytetään viittaamaan reaktioon, jossa aine kulutetaan (esim. Emäskatalysoitu esterin hydrolyysi). Mukaan IUPAC, tämä on termin väärä käyttö. Tässä tilanteessa reaktioon lisättyä ainetta tulisi kutsua aktivaattori pikemminkin kuin katalyytti.
Keskeiset tavarat: Mikä on katalyysi?
- Katalyysi on prosessi, jolla kasvatetaan kemiallisen reaktion nopeutta lisäämällä siihen katalyyttiä.
- Katalyytti on reaktiossa sekä reagenssi että tuote, joten sitä ei kuluteta.
- Katalyysi toimii alentamalla reaktion aktivointienergiaa, mikä tekee siitä termodynaamisesti suotuisamman.
- Katalyysi on tärkeää! Noin 90% kaupallisista kemikaaleista valmistetaan käyttämällä katalyyttejä.
Kuinka katalyysi toimii
Katalyytti tarjoaa erilaisen siirtymätilan kemialliselle reaktiolle, pienemmällä aktivointienergialla. Reagoivien molekyylien väliset törmäykset saavuttavat todennäköisemmin tuotteiden muodostumiseen tarvittavan energian kuin ilman katalyytin läsnäoloa. Joissakin tapauksissa katalyytin yksi vaikutus on alentaa lämpötilaa, jossa reaktio tapahtuu.
Katalyysi ei muuta kemiallista tasapainoa, koska se vaikuttaa sekä eteenpäin että taaksepäin reaktionopeuteen. Se ei muuta tasapainotilaa. Samoin reaktion teoreettinen saanto ei vaikuta.
Esimerkkejä katalyytteistä
Katalyytteinä voidaan käyttää monenlaisia kemikaaleja. Kemiallisiin reaktioihin, joihin liittyy vettä, kuten hydrolyysi ja kuivuminen, protonihappoja käytetään yleisesti. Kiinteät aineet, joita käytetään katalysaattoreina, sisältävät zeoliitit, alumiinioksidin, grafiittisen hiilen ja nanohiukkaset. Siirtymämetalleja (esim. Nikkeli) käytetään useimmiten redox-reaktioiden katalysoimiseksi. Orgaanisia synteesireaktioita voidaan katalysoida jalometalleja tai "myöhäisen siirtymämetalleja", kuten platinaa, kultaa, palladiumia, iridiumia, ruteniumia tai rodiumia.
Katalyyttityypit
Kaksi pääluokkaa katalyyttejä ovat heterogeeniset katalyytit ja homogeeniset katalyytit. Entsyymejä tai biokatalyyttejä voidaan pitää erillisenä ryhmänä tai kuuluvana jompaakumpaan kahdesta pääryhmästä.
Heterogeeniset katalyytit ovat niitä, jotka esiintyvät eri vaiheessa kuin katalysoitava reaktio. Esimerkiksi kiinteät katalyytit katalysoivat reaktiota nesteiden ja / tai kaasujen seoksessa ovat heterogeenisiä katalyyttejä. Pinta-ala on kriittinen tämän tyyppisen katalyytin toiminnalle.
Homogeeniset katalyytit esiintyvät samassa vaiheessa kuin reagenssit kemiallisessa reaktiossa. Orgaaniset metalliset katalyytit ovat yhden tyyppisiä homogeenisia katalyyttejä.
entsyymit ovat proteiinipohjaisia katalyyttejä. Ne ovat yhden tyyppisiä biokatalyytti. Liukenevat entsyymit ovat homogeenisia katalyyttejä, kun taas membraaniin sitoutuneet entsyymit ovat heterogeenisiä katalyyttejä. Biokatalyysiä käytetään akryyliamidin ja runsaasti fruktoosimaissisiirappin kaupalliseen synteesiin.
Aiheeseen liittyvät ehdot
esikatalyytteja ovat aineita, jotka muuttuvat katalyyteiksi kemiallisen reaktion aikana. Siellä voi olla induktiojakso, kun esikatalyytit aktivoidaan katalysaattoreiksi.
Kokatalyyttejä ja promoottorit ovat kemiallisille lajeille annettuja nimiä, jotka auttavat katalyyttistä aktiivisuutta. Kun näitä aineita käytetään, prosessia kutsutaan yhteistyökatalyysi.
Lähteet
- IUPAC (1997). Kemiallisen terminologian kokoelma (2. painos) ("Kultakirja"). doi:10,1351 / goldbook. C00876
- Knözinger, Helmut ja Kochloefl, Karl (2002). "Heterogeeninen katalyysi ja kiinteät katalyytit" Ullmannin kemian tietosanakirja. Wiley-VCH, Weinheim. doi:10,1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. ja Meiser, J.H. (1982). Fysikaalinen kemia. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
- Masel, Richard I. (2001). Kemiallinen kinetiikka ja katalyysi. 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). "Kemiallisen reaktion kaikkien välivaiheiden havaitseminen oksidipinnalla skannaamalla tunnelimikroskopiaa." ACS Nano. 3 (3): 517–26. doi:10,1021 / nn8008245