Катализ определяется как увеличение скорости химической реакции за счет введения катализатора . Катализатор, в свою очередь, представляет собой вещество, которое не расходуется в химической реакции, но снижает его энергию активации. Другими словами, катализатор является одновременно реагентом и продуктом химической реакции. Обычно для катализировать реакцию требуется очень небольшое количество катализатора.
Единица СИ для катализа это катал. Это производная единица – моль в секунду. Когда ферменты катализируют реакцию, предпочтительной единицей является ферментная единица. Эффективность катализатора может быть выражена с помощью числа оборачиваемости (TON) или частоты оборота (TOF), что составляет TON в единицу времени.
Катализ – это жизненно важный процесс в химической промышленности. По оценкам, 90% коммерчески производимых химикатов синтезируется с помощью каталитического процесса.
Иногда термин «катализ» используется для обозначения реакции, в которой вещество расходуется (например, катализируемый основанием гидролиз сложного эфира). Согласно IUPAC, это неправильное использование термина. В этой ситуации добавляемое в реакцию вещество следует называть активатором , а не катализатором.
Ключевые выводы: что такое катализ?
- Катализ – это процесс увеличения скорости химической реакции путем добавления к ней катализатора.
- Катализатор является одновременно реагентом и продуктом реакции, поэтому он не расходуется.
- Катализ работает за счет снижения энергии активации реакции, что делает ее более термодинамически благоприятной.
- Катализ важен! Около 90% коммерческих химикатов получают с использованием катализаторов.
Как работает катализ
Катализатор предлагает другой переход состояние для химической реакции с более низкой энергией активации. Столкновения между молекулами реагентов с большей вероятностью приведут к достижению энергии, необходимой для образования продуктов, чем без присутствия катализатора. В некоторых случаях одним из эффектов катализа является снижение температуры, при которой будет протекать реакция.
Катализ не изменяет химическое равновесие, потому что он влияет как на прямую, так и на прямую. и обратная скорость реакции. Это не меняет константу равновесия. Точно так же не влияет на теоретический выход реакции.
Примеры катализаторов
Можно использовать самые разные химические вещества. в качестве катализаторов. Для химических реакций с участием воды, таких как гидролиз и дегидратация, обычно используются протонные кислоты. Твердые вещества, используемые в качестве катализаторов, включают цеолиты, оксид алюминия, графитовый углерод и наночастицы. Переходные металлы (например, никель) чаще всего используются для катализа окислительно-восстановительных реакций.. Реакции органического синтеза можно катализировать с использованием благородных металлов или «поздних переходных металлов», таких как платина, золото, палладий, иридий, рутений или родий.
Типы катализаторов
Две основные категории катализаторов – это гетерогенные катализаторы и гомогенные катализаторы. Ферменты или биокатализаторы можно рассматривать как отдельную группу или как принадлежащие к одной из двух основных групп.
Гетерогенные катализаторы те, которые существуют в фазе, отличной от фазы катализируемой реакции. Например, твердые катализаторы, катализирующие реакцию в смеси жидкостей и/или газов, являются гетерогенными катализаторами. Площадь поверхности имеет решающее значение для функционирования этого типа катализатора.
Гомогенные катализаторы существуют в той же фазе, что и реагенты. в химической реакции. Металлоорганические катализаторы – это один из типов гомогенных катализаторов.
Ферменты – это катализаторы на белковой основе. Они представляют собой один из типов биокатализаторов . Растворимые ферменты являются гомогенными катализаторами, а мембранные ферменты – гетерогенными катализаторами. Биокатализ используется для коммерческого синтеза акриламида и кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы.