انواع کاتالیست

کاتالیزور در علم شیمی

کاتالیست انواع گوناکونی دارد، در شیمی، ماده ای است که سرعت واکنش را افزایش می دهد بدون اینکه خودش مصرف شود. آنزیم ها کاتالیزورهای طبیعی هستند که مسئول بسیاری از واکنش های بیوشیمیایی ضروری هستند.

بیشتر کاتالیزورهای جامد فلزات یا اکسیدها، سولفیدها و هالیدهای عناصر فلزی و از عناصر نیمه فلزی بور، آلومینیوم و سیلیکون هستند.

کاتالیزورهای گازی و مایع معمولاً به شکل خالص یا در ترکیب با حامل ها یا حلال های مناسب استفاده می شوند. کاتالیزورهای جامد معمولاً در مواد دیگری به نام تکیه گاه کاتالیزور پراکنده می شوند.

عمل کاتالیزوری یک واکنش شیمیایی

به طور کلی، عمل کاتالیزوری یک واکنش شیمیایی بین کاتالیزور و یک واکنش دهنده است، که میانجی های شیمیایی را تشکیل می دهد که می توانند با سهولت بیشتری با یکدیگر یا با واکنش دهنده دیگر واکنش دهند و محصول نهایی مورد نظر را تشکیل دهند.

در طی واکنش بین مواد واسطه شیمیایی و واکنش دهنده ها، کاتالیزور دوباره تولید می شود. حالت های واکنش بین کاتالیزورها و واکنش دهنده ها بسیار متفاوت است و در کاتالیزورهای جامد اغلب پیچیده است.

کاتالیزورهای چند عملکردی

نوع معمول این واکنش ها واکنش های اسید-باز، واکنش های اکسیداسیون- احیا، تشکیل کمپلکس های هماهنگی و تشکیل رادیکال های آزاد است.

با کاتالیزورهای جامد، مکانیسم واکنش به شدت تحت تأثیر خواص سطحی و ساختارهای الکترونیکی یا بلوری است. کاتالیزورهای جامد خاصی که کاتالیزورهای چند عملکردی نامیده می شوند، قادر به بیش از یک حالت تعامل با واکنش دهنده ها هستند.

کاتالیزورهای دو منظوره به طور گسترده برای اصلاح واکنش ها در صنعت نفت استفاده می شوند.

طبقه بندی کاتالیزورها

کاتالیزورها ممکن است به طور کلی بر اساس وضعیت فیزیکی، ماهیت شیمیایی یا ماهیت واکنش هایی که کاتالیز می کنند طبقه بندی شوند.

کاتالیزورها ممکن است گاز، مایع یا جامد باشند. در کاتالیز همگن، کاتالیزور از نظر مولکولی در همان فاز (معمولاً گاز یا مایع) به عنوان واکنش دهنده ها پراکنده می شود.

در کاتالیز ناهمگن، واکنش دهنده ها و کاتالیزور در فازهای متفاوتی قرار دارند که توسط یک مرز فاز از هم جدا شده اند. معمولاً کاتالیزورهای ناهمگن جامد هستند و واکنش دهنده ها گازها یا مایعات هستند.

تعیین ساختار و خواص کاتالیزورها

ماهیت مراکز فعال در مواد کاتالیزوری با افزایش فعالیت کاتالیزوری مواد نسبتاً غیرفعال هنگامی که در معرض تشعشعات شدید قرار می‌گیرند بیشتر نشان داده می‌شود.

سیلیکاژل بمباران شده توسط پرتوهای گامای کبالت-60 به رنگ ارغوانی در می آید و قادر به القای واکنش H2 + D2→ 2HD در دمای نیتروژن مایع می شود.

مراکز رنگی که “سوراخ” (کمبود) مثبت هستند که در مجاورت یک یون اکسیژن در کنار ناخالصی آلومینیوم به دام افتاده اند، در دمای بالای 200 درجه سانتیگراد (400 درجه فارنهایت) در خلاء سفید می شوند و حتی در دمای اتاق توسط هیدروژن از بین می روند.

سایر ترکیبات کاتالیزوری

اصطلاح کاتالیز ناهمگن چند عملکردی به گروهی از کاتالیزورها اطلاق می شود که در آنها بیش از یک جزء از سطح در فرآیندهای مورد مطالعه فعال است.

یکی از نمونه‌های کاتالیزور ناهمگن دوکاره، کاتالیزور فلز (پلاتین یا نیکل) است که بر روی یک پایه «اسیدی» سیلیکا-آلومینا قرار گرفته است.

چنین کاتالیزورهای دو عملکردی در تبدیل هیدروکربن های اشباع (پارافین ها) و هیدروکربن های غیر اشباع (الفین ها) و هیدروکربن های معمولی (زنجیره مستقیم) و ایزو (زنجیره شاخه ای) و همچنین در شکافتن (ترک خوردن) مولکول های هیدروکربن نقش دارند.