نگاه اجمالی
بسیاری ازفرآیندهای صنعتی به روشهای کاتالیزوی وابسته هست. ولی کاتالیزوهای طبیعی که
آنزیم نام دارند حتی بیشتر از این برای بشر حائز اهمیت است. این موارد فوق العاده پیچیده ، فرایندهای حیاطی مانند
هضم ،
دم و بازدم و
سنتز یاختهای را کاتالیز میکنند. تعداد زیادی از
واکنشهای شیمیایی که در بدن صورت میگیرند و برای حیات ضروری هستند میتوانند به کمک آنزیمها در دمای نسبتا پایین بدن انجام شوند. هزاران نوع آنزیم شناخته شده است که هر یک وظیفه خاصی دارند. پژوهش درباره ساختار و کار آنزیمها به درک عمیقتر علل امراض و
مکانیسم رشد کمک خواهد کرد.
کاتالیزور مادهای است که سرعت یک ماده شیمیایی را زیاد میکند، بدون اینکه خود در واکنش شیمیایی مصرف شود. کاتالیزور را میتوان بدون تغییر ، در پایان واکنش بازیابی کرد. |
نقش کاتالیزر در واکنشهای شیمیایی
چون کاتالیزور در
استوکیومتری واکنش تاثیری ندارد آن را بالای پیکان در معادله واکنش قرار میدهند، کاتالیزور را میتوان بدون تغییر ، در پایان واکنش بازیابی کرد. تاثیری که کاتالیزور بر روی
سرعت واکنش میگذارد به صرف حضور آن نیست. یک واکنش کاتالیز شده به طریقی یا با مکانیسم متفاوت از واکنش کاتالیز نشده صورت میگیرد. واکنش در حضور کاتالیزور ممکن هست با مکانیسم دو مرحلهای انجام گیرد. کاتالیزور در مرحله واکنش مصرف شده و در مرحله دوم واکنش تولید میشود. بنابراین ، کاتالیزور به کرّات مصرف میشود. در نتیجه ، برای انجام یک واکنش فقط مقدار اندکی از کاتالیزور مورد نیازاست. بنابراین ، نقش
کاتالیزور ایجاد سیر جدیدی است که از طریق آن واکنش میتوان صورت گیرد.
انرژی فعال سازی کاتالیزور
انرژی فعال سازی کل برای یک سیر کاتالیز شده کمتر از این انرژی برای مسیر کاتالیز نشده است، این اختلاف ، افزایش قابل توجه سرعت واکنش در حضور کاتالیزور را توجیه میکند. برای واکنشهای برگشتپذیر ، تاثیر کاتالیزور بر واکنشهای مستقیم و معکوس یکسان است. کاهش افزایش فعال سازی برای
واکنش معکوس ، توسط کاتالیزور به اندازه کاهش برای
واکنش مستقیم است.
انواع کاتالیزور
- کاتالیزور همگن:
یک کاتالیزور همگن با مواد واکنش دهنده در یک فاز قرار دارد.
- کاتالیزور ناهمگن:
مواد واکنش دهنده و کاتالیزور در فازهای مختلف قرار دارند. در این فرآیند مولکولهای واکنش دهنده بر سطح کاتالیزور جذب می شوند و واکنش در سطح آن انجام میشود. لایه مولکولها و اتمهایی که جذب سطح شیمیایی شدهاند به عنوان واسط شیمیایی در واکنش کاتالیز شده سطحی عمل میکنند.
فعالیت یک کاتالیز به
ساختار الکترونی و
آرایش اتمها در سطح آن کاتالیزور بستگی دارد. گمان میرود که نقصهای شبکهای و ناهمواری سطح بلور مواضع فعال برای کاتالیز شدن باشند. با افزودن موادی مرسوم به پیشبرها میتوان تغییراتی روی سطوح برخی از کاتالیزورها ایجاد کرده و فعالیت کاتالیزوری آنها را افزایش داد.
فعالیت کاتالیزورها عموما بسیار اختصاصی است. در بعضی موارد ، یک ماده معین ممکن است
سنتز یک دسته محصولات را از مواد اولیه خاصی کاتالیز کند، درصورتی که ماده دیگر ممکن است سنتز محصولات کاملا متفاوتی را از همان مواد اولیه کاتالیز کند. در این گونه موارد ، هر دو واکنش امکانپذیر است و محصولات به دست آمده آنهایی هستند که سریعتر تشکیل میشوند.
سموم کاتالیزور
موادی هستند که کاتالیزورها را از فعالیت باز میدارند. برای مثال مقدار کمی
آرسنیک توانایی
پلاتین برای کاتالیز کردن واکنش تهیه
تری اکسید گوگرد از
دی اکسید گوگرد را از بین میبرد.
کاربردهای صنعتی کاتالیزور
- تبادلگر کاتالیزوری که به اگزوز خودروها نصب میشوند، یکی از کاربردهای جدید کاتالیز کردن سطحی است. منو کسید کربن و هیدرو کربنهای حاصل از سوخت ناقص ، از اگزوز خودورها خارج میشوند و بطور جدی آزمایشهای مربوط به هوا را آلوده میکنند «آلودگی هوا). گازهای خروجی از موتور و هوای اضافی به تبادلگر هدایت شده از روی کاتالیزوری که مشتمل بر اکسیدهای فلزی است، عبور داده میشود. Co و هیدروکربنها به CO2 و H2O که نسبتا بیضررند تبدیل و در آزمایشهای مربوط به هوا رها میشوند.چون کاتالیزور توسط سرب مسموم میشوند، در خودروهای مجهز به این تبادلگر بایستی از بنزین بدون سرب استفاده شود.
- در فرآیندهای صنعتی روشهای کاتالیزوری بسیار اهمیت دارد.
مباحث مرتبط با عنوان