در این مقاله قصد داریم درباره نقش کاتالیزور از زبان شیمی و واکنش های شیمیایی صحبت کنیم با ما همراه باشید.
طیف گسترده ای از مواد شیمیایی ممکن است، به عنوان کاتالیزور استفاده شود، برای واکنش‌های شیمیایی که شامل آب می‌باشد، مانند: هیدرولیز وکم آبی، معمولاً از اسیدهای پروتون استفاده می‌شود.
مواد جامد مورد استفاده به عنوان کاتالیزور شامل زئولیت ها، آلومینا، کربن گرافیتی و نانوذرات می باشد. فلزات واسطه (به عنوان مثال، نیکل) اغلب برای کاتالیز واکنش های ردوکس استفاده می شوند.
واکنش‌های سنتز آلی ممکن است با استفاده از فلزات نجیب یا “فلزات انتقالی دیرهنگام” مانند: پلاتین، طلا، پالادیوم، ایریدیم، روتنیم یا رودیم کاتالیز شوند.
اثر کاتالیزور بر سرعت واکنش شیمیایی
در طول هر واکنش شیمیایی، مولکول‌های پیوند شیمیایی بین اتم های خود را می‌شکنند و اتم ها پیوند های جدیدی با اتم های مختلف دیگر تشکیل می‌دهند.
این فرآیند مانند: تغییر شرکا در یک فرآیند است، گاهی اوقات این مشارکت ها به راحتی از بین می روند، اما در پیوندهای پایدار، مولکول ها یا اتم ها برای مدت طولانی در کنار هم می مانند.
کاتالیزورها چنین شکست و بازیابی هایی را کارآمدتر می کنند،دآنها این کار را با کاهش انرژی فعال سازی یک واکنش شیمیایی انجام می دهند. انرژیفعال سازی مقدار انرژی مورد نیاز برای انجام یک واکنش شیمیایی است.
کاتالیزورها فقط مسیر همکاری شیمیایی جدید را تغییر می دهند، اگرچه کاتالیزور در واکنش مصرف نمی شود، اما مولکول های دیگر را به واکنش تشویقمی کند و پس از واکنش از فرآیند خارج می شود.
در حال حاضر واکنش های کاتالیزوری براساس بسیاری از فرآیندهای شیمیایی صنعتی است(نقش کاتالیزور از زبان شیمی) و تولید کاتالیزور یک فرآیند صنعتی مهم است که به سرعت در حال رشد است.
کاتالیزور ماده ای است که با کاهش انرژی فعال‌سازی و اتخاذ مسیری جایگزین برای واکنش، سرعت واکنش شیمیایی را افزایش می‌دهد. یک کاتالیزور تحت هیچ تغییر شیمیایی دائمی قرار نمی گیرد، بنابراین پس از تکمیل واکنش می توان آن را بازیابی کرد.
عناصر انتقالی اغلب به عنوان کاتالیزور عمل می کنند و مقادیر کمی برای افزایش سرعت واکنش کافی است. کاتالیزورها اشکال مختلفی دارند، برخی از آنها جامدات متخلخل هستند، مانند: پلاتین، رودیوم و پالادیوم که اکسید نیتروژن را از اگزوز خودرو حذف می کند.
برخی دیگر مولکول های پروتئینی به نام آنزیم ها هستند که در میکروارگانیسم ها وجود دارند، برخی دیگر جامدات طبیعی هستند، مانند: اکسیدهای منگنز یا آهن، مهم نیست که کاتالیزور چه ساختاری دارد، بدون اینکه خودش تغییر کند، واکنش ها را سرعت می بخشد که می شود به این نقش کاتالیزور از زبان شیمی می گویند.
نحوه کار کاتالیزور
یک کاتالیزور یک حالت گذار متفاوت برای یک واکنش شیمیایی با انرژی فعال سازی کمتر است. برخورد بین مولکول‌های واکنش‌دهنده بیشتر بدون حضور کاتالیزور برای دستیابی به انرژی مورد نیاز برای تشکیل محصولات است.
در برخی موارد، یکی از اثرات کاتالیز، کاهش دمایی است که در آن واکنش انجام می شود. کاتالیز تعادل شیمیایی را تغییر نمی دهد زیرا هم بر سرعت رو به جلو و هم بر سرعت واکنش تأثیر می گذارد.
بهترین نوع کاتالیزور
سه نوع اصلی کاتالیزور وجود دارد: کاتالیزورهای همگن، کاتالیزورهای ناهمگن و کاتالیزورهای زیستی (معمولاً آنزیم نامیده می شوند). همچنین انواع کمتری وجود دارد که شامل فوتوکاتالیز، کاتالیز محیطی و فرآیندهای کاتالیزوری سبز می باشند.
چیزی که در مورد کاتالیزورها باورنکردنی است این است که چگونه می توانند یک واکنش قوی در یک ماده بدون تغییر ایجاد کنند. آنها در فرآیندهای صنعتی و شیمیایی برای ایجاد محصولات مورد نظر استفاده می شوند.
در شیمی، ما از کلمه فاز برای اشاره به وضعیت فیزیکی ماده در واکنش خود استفاده می کنیم، زیرا اگر با هم مخلوط نشوند، دو یا چند فاز از یک حالت فیزیکی مشابه وجود دارد.
بنابراین دو مایع مانند: روغن و آب دو فاز هستند، در حالی که یک محلول کاملاً مخلوط از مواد شیمیایی مختلف فقط یک فاز است. ماده ای که سرعت واکنش را کاهش می دهد در صورت برگشت پذیری بازدارنده واکنش و اگر برگشت ناپذیر باشد سم کاتالیزور نامیده می شود. پروموترها موادی هستند که فعالیت کاتالیزوری را افزایش می دهند اگرچه به خودی خود کاتالیزور نیستند.
کاتالیزورهای همگن
اینها در همان فاز واکنش دهنده ها می باشند که هر دو به شکل مایع، گاز یا جامد هستند، اینها در نتیجه محلول است.
کاتالیزورهای ناهمگن
اینها در همان فاز واکنش دهنده ها نیستند، به عنوان مثال، کاتالیزورهای جامد مورد استفاده در واکنش دهنده های مایع، این کاتالیزورها دارای مکان های فعالی هستند که در آن واکنش دهنده ها متصل می شوند.
بیوکاتالیست ها یا آنزیم ها
آنزیم ها نوعی پروتئین هستند که انرژی فعال سازی یک ترکیب را در موجودات زنده کاهش می دهند. اینها بخشی از متابولیسم ما هستند، فرآیند تبدیل بدن ما غذا و آب به انرژی آنها می توانند همگن یا ناهمگن باشند.
نقش کاتالیزور در واکنش شیمیایی چیست
در طول هر واکنش شیمیایی، مولکول‌ها پیوندهای شیمیایی بین اتم‌های خود را می‌شکنند. اتم ها همچنین پیوندهای جدیدی با اتم های مختلف ایجاد می کنند.
گاهی اوقات، این شراکت ها به راحتی از بین می روند. یک مولکول ممکن است ویژگی‌های خاصی داشته باشد که به آن اجازه می‌دهد اتم‌ها را از مولکول دیگر دور کند، اما در مشارکت های پایدار، مولکول ها همان طور که هستند راضی هستند.
کاتالیزورها باعث می شوند که چنین شکستن و بازسازی با کارایی بیشتری اتفاق بیفتد، آنها این کار را با کاهش انرژی فعال سازی برای واکنش شیمیایی انجام می دهند. انرژی فعال سازی مقدار انرژی مورد نیاز برای اجازه دادن به واکنش شیمیایی است، کاتالیزور فقط مسیر مشارکت شیمیایی جدید را تغییر می دهد.
برای دور زدن یک جاده خاکی پر از دست انداز، معادل یک بزرگراه آسفالت شده می سازد، اگرچه یک کاتالیزور در واکنش مصرف نمی شود اما، مولکول های دیگر را به واکنش تشویق می کند.
مقالات پیشنهادی:
تاریخچه استفاده از کاتالیست خودرو
