Katalys definieras som att öka hastighet för en kemisk reaktion genom att införa en katalysator. En katalysator är i sin tur ett ämne som inte konsumeras av kemisk reaktion, men agerar för att sänka dess aktiverings energi. Med andra ord är en katalysator båda en reaktant och produkt av en kemisk reaktion. Vanligtvis krävs endast en mycket liten mängd katalysator för att katalyserar en reaktion.
SI-enheten för katalys är katal. Detta är en härledd enhet som är mol per sekund. När enzymer katalyserar en reaktion är den föredragna enheten enzymenheten. Effektiviteten hos en katalysator kan uttryckas med användning av omsättningsnumret (TON) eller omsättningsfrekvensen (TOF), som är TON per tidsenhet.
Katalys är en viktig process i den kemiska industrin. Det uppskattas att 90% av kommersiellt producerade kemikalier syntetiseras via katalytisk process.
Ibland används termen "katalys" för att hänvisa till en reaktion i vilken ett ämne konsumeras (t.ex. baskatalyserad esterhydrolys). Enligt IUPAC
, detta är en felaktig användning av termen. I denna situation bör ämnet som läggs till reaktionen kallas en aktivator snarare än en katalysator.Nyckelupptagningar: Vad är katalys?
- Katalys är processen att öka hastigheten på en kemisk reaktion genom att tillsätta en katalysator till den.
- Katalysatorn är både en reaktant och en produkt i reaktionen, så den konsumeras inte.
- Katalys fungerar genom att sänka reaktionsaktiveringsenergin, vilket gör den mer termodynamiskt fördelaktig.
- Katalys är viktigt! Cirka 90% av kommersiella kemikalier framställs med katalysatorer.
Så fungerar katalys
En katalysator erbjuder ett annat övergångstillstånd för en kemisk reaktion, med en lägre aktiveringsenergi. Kollisioner mellan reaktantmolekyler är mer benägna att uppnå den energi som krävs för att bilda produkter än utan närvaron av katalysatorn. I vissa fall är en effekt av katalys att sänka temperaturen vid vilken en reaktion kommer att behandlas.
Katalys förändrar inte kemisk jämvikt eftersom den påverkar både framåt- och bakåt reaktionshastigheten. Det förändrar inte jämviktskonstanten. På liknande sätt påverkas inte det teoretiska utbytet av en reaktion.
Exempel på katalysatorer
En stor mängd kemikalier kan användas som katalysatorer. För kemiska reaktioner som involverar vatten, t.ex. hydrolys och uttorkning används protonsyrorna ofta. Fastämnen som används som katalysatorer inkluderar zeoliter, aluminiumoxid, grafitiskt kol och nanopartiklar. Övergångsmetaller (t.ex. nickel) används ofta för att katalysera redoxreaktioner. Organiska syntesreaktioner kan katalyseras med användning av ädelmetaller eller "sena övergångsmetaller", såsom platina, guld, palladium, iridium, rutenium eller rodium.
Typer av katalysatorer
De två huvudkategorierna av katalysatorer är heterogena katalysatorer och homogena katalysatorer. Enzymer eller biokatalysatorer kan ses som en separat grupp eller som tillhörande en av de två huvudgrupperna.
Heterogena katalysatorer är de som finns i en annan fas än reaktionen som katalyseras. Exempelvis katalysatorer fasta katalysatorer en reaktion i en blandning av vätskor och / eller gaser är heterogena katalysatorer. Ytarea är avgörande för hur denna typ av katalysator fungerar.
Homogena katalysatorer finns i samma fas som reaktanterna i den kemiska reaktionen. Organometalliska katalysatorer är en typ av homogen katalysator.
enzymer är proteinbaserade katalysatorer. De är en typ av biokatalysator. Lösliga enzymer är homogena katalysatorer, medan membranbundna enzymer är heterogena katalysatorer. Biokatalys används för kommersiell syntes av akrylamid och majssirap med hög fruktos.
Relaterade villkor
Precatalysts är ämnen som omvandlas till att bli katalysatorer under en kemisk reaktion. Det kan vara en induktionsperiod medan förkatalysatorerna aktiveras för att bli katalysatorer.
Samkatalysatorer och promotorer är namn som ges på kemiska arter som stödjer katalytisk aktivitet. När dessa ämnen används benämns processen kooperativ katalys.
källor
- IUPAC (1997). Compendium of Chemical Terminology (2: a upplagan) ("Guldbok"). doi:10,1351 / goldbook. C00876
- Knözinger, Helmut och Kochloefl, Karl (2002). "Heterogen katalys och fasta katalysatorer" i Ullmanns encyklopedi för industriell kemi. Wiley-VCH, Weinheim. doi:10,1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. och Meiser, J.H. (1982). Fysisk kemi. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
- Masel, Richard I. (2001). Kemisk kinetik och katalys. 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 av alla mellanliggande steg för en kemisk reaktion på en oxidyta med skanning av tunnelmikroskopi.". ACS Nano. 3 (3): 517–26. doi:10,1021 / nn8008245