Katalyse er definert som å øke hastigheten på en kjemisk reaksjon ved å introdusere en katalysatoren. En katalysator er på sin side et stoff som ikke konsumeres av kjemisk reaksjon, men virker for å senke dens aktiveringsenergi. En katalysator er med andre ord både en reaktant og produkt av en kjemisk reaksjon. Vanligvis er det bare en veldig liten mengde katalysator som kreves for å gjøre det katalyserer en reaksjon.
SI-enheten for katalyse er katalysatoren. 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 omsetningsnummeret (TON) eller omsetningsfrekvensen (TOF), som er TON per tidsenhet.
Katalyse er en viktig prosess i den kjemiske industrien. Det er estimert at 90% av kommersielt produserte kjemikalier blir syntetisert ved katalytisk prosess.
Noen ganger brukes uttrykket "katalyse" for å referere til en reaksjon der et stoff konsumeres (f.eks. Basiskatalysert esterhydrolyse). Ifølge
IUPAC, dette er en feil bruk av begrepet. I denne situasjonen bør stoffet som tilsettes reaksjonen kalles et 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 reaksjonens aktiveringsenergi, noe som gjør den mer termodynamisk gunstig.
- Katalyse er viktig! Cirka 90% av kommersielle kjemikalier fremstilles ved bruk av katalysatorer.
Slik fungerer katalyse
En katalysator tilbyr en annen overgangstilstand for en kjemisk reaksjon, med en 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 fremover- og reversreaksjon. Det endrer ikke likevektskonstanten. Tilsvarende påvirkes ikke det teoretiske utbyttet av en reaksjon.
Eksempler på katalysatorer
Et stort utvalg av kjemikalier kan brukes som katalysatorer. For kjemiske reaksjoner som involverer vann, som hydrolyse og dehydrering, brukes protonsyrene ofte. Faststoffer brukt som katalysatorer inkluderer zeolitter, aluminiumoksyd, grafitt karbon og nanopartikler. Overgangsmetaller (f.eks. Nikkel) blir ofte brukt for å katalysere redoksreaksjoner. Organiske syntesereaksjoner kan katalyseres ved bruk av edle metaller eller "late overgangsmetaller", så som platina, gull, palladium, iridium, rutenium eller rodium.
Typer katalysatorer
De to hovedkategoriene av katalysatorer er heterogene katalysatorer og homogene katalysatorer. Enzymer eller biokatalysatorer kan sees på som en egen 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. Overflateområdet er avgjørende for funksjonen til denne typen katalysator.
Homogene katalysatorer finnes i samme fase som reaktantene i den kjemiske reaksjonen. Organometalliske katalysatorer er en type homogen katalysator.
enzymer er proteinbaserte katalysatorer. De er en type biocatalyst. Oppløselige enzymer er homogene katalysatorer, mens membranbundne enzymer er heterogene katalysatorer. Biokatalyse brukes til kommersiell syntese av akrylamid og høyfruktose maissirup.
Relaterte vilkår
forkatalysatorer er stoffer som omdannes til katalysatorer under en kjemisk reaksjon. Det kan være en induksjonsperiode mens forkatalysatorene aktiveres for å bli katalysatorer.
Co-katalysatorer og arrangører er navn gitt til kjemiske arter som hjelper katalytisk aktivitet. Når disse stoffene brukes, betegnes prosessen kooperativ katalyse.
kilder
- IUPAC (1997). Compendium of Chemical Terminology (2. utg.) ("Gullboka"). gjør jeg:10,1351 / goldbook. C00876
- Knözinger, Helmut og Kochloefl, Karl (2002). "Heterogen katalyse og faste katalysatorer" i Ullmanns leksikon for industriell kjemi. 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 mellomtrinnene for en kjemisk reaksjon på en oksidoverflate ved å skanne tunnelmikroskopi.". ACS Nano. 3 (3): 517–26. gjør jeg:10,1021 / nn8008245