Catalisi è definito come aumentare il velocità di una reazione chimica introducendo a catalizzatore. Un catalizzatore, a sua volta, è una sostanza che non viene consumata dal reazione chimica, ma agisce per abbassare il suo energia di attivazione. In altre parole, un catalizzatore è sia a reagente e Prodotto di una reazione chimica. In genere, è necessaria solo una quantità molto piccola di catalizzatore per catalyze una reazione.
L'unità SI per la catalisi è il katal. Questa è un'unità derivata che è moli al secondo. Quando gli enzimi catalizzano una reazione, l'unità preferita è l'unità enzimatica. L'efficacia di un catalizzatore può essere espressa utilizzando il numero di turnover (TON) o la frequenza di turnover (TOF), che è TON per unità di tempo.
La catalisi è un processo vitale nell'industria chimica. Si stima che il 90% delle sostanze chimiche prodotte commercialmente sia sintetizzato tramite processo catalitico.
Talvolta il termine "catalisi" è usato per riferirsi a una reazione in cui viene consumata una sostanza (ad esempio idrolisi dell'estere catalizzata su base). Secondo il
IUPAC, questo è un uso errato del termine. In questa situazione, la sostanza aggiunta alla reazione dovrebbe essere chiamata an attivatore piuttosto che un catalizzatore.Key Takeaways: cos'è la catalisi?
- La catalisi è il processo per aumentare la velocità di una reazione chimica aggiungendo un catalizzatore ad essa.
- Il catalizzatore è sia un reagente che un prodotto nella reazione, quindi non viene consumato.
- La catalisi agisce riducendo l'energia di attivazione della reazione, rendendola più termodinamicamente favorevole.
- La catalisi è importante! Circa il 90% dei prodotti chimici commerciali viene preparato utilizzando catalizzatori.
Come funziona la catalisi
Un catalizzatore offre uno stato di transizione diverso per una reazione chimica, con un'energia di attivazione inferiore. Le collisioni tra molecole reagenti hanno maggiori probabilità di ottenere l'energia necessaria per formare prodotti che senza la presenza del catalizzatore. In alcuni casi, un effetto della catalisi è di abbassare la temperatura alla quale verrà elaborata una reazione.
La catalisi non cambia l'equilibrio chimico perché influenza sia la velocità di reazione in avanti che quella inversa. Non cambia la costante di equilibrio. Allo stesso modo, la resa teorica di una reazione non è influenzata.
Esempi di catalizzatori
Una vasta gamma di sostanze chimiche può essere utilizzata come catalizzatore. Per reazioni chimiche che coinvolgono acqua, come ad esempio idrolisi e disidratazione, gli acidi protonici sono comunemente usati. I solidi usati come catalizzatori includono zeoliti, allumina, carbonio grafitico e nanoparticelle. I metalli di transizione (ad es. Nichel) sono spesso usati per catalizzare reazioni redox. Le reazioni di sintesi organica possono essere catalizzate usando metalli nobili o "metalli di transizione tardiva" come platino, oro, palladio, iridio, rutenio o rodio.
Tipi di catalizzatori
Le due principali categorie di catalizzatori sono catalizzatori eterogenei e catalizzatori omogenei. Gli enzimi o i biocatalizzatori possono essere visti come un gruppo separato o come appartenenti a uno dei due gruppi principali.
Catalizzatori eterogenei sono quelli che esistono in una fase diversa dalla reazione catalizzata. Ad esempio, i catalizzatori solidi catalizzano una reazione in una miscela di liquidi e / o gas sono catalizzatori eterogenei. La superficie è fondamentale per il funzionamento di questo tipo di catalizzatore.
Catalizzatori omogenei esistono nella stessa fase dei reagenti nella reazione chimica. I catalizzatori organometallici sono un tipo di catalizzatore omogeneo.
enzimi sono catalizzatori a base proteica. Sono un tipo di biocatalizzatore. Gli enzimi solubili sono catalizzatori omogenei, mentre gli enzimi legati alla membrana sono catalizzatori eterogenei. La biocatalisi viene utilizzata per la sintesi commerciale di acrilamide e sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio.
Termini correlati
Precatalysts sono sostanze che si convertono in catalizzatori durante una reazione chimica. Potrebbe esserci un periodo di induzione mentre i precatalizzatori sono attivati per diventare catalizzatori.
Co-catalizzatori e promotori sono nomi dati a specie chimiche che aiutano l'attività catalitica. Quando vengono utilizzate queste sostanze, il processo è definito catalisi cooperativa.
fonti
- IUPAC (1997). Compendio di terminologia chimica (2a edizione) (il "Libro d'oro"). doi:10,1351 / goldbook. C00876
- Knözinger, Helmut e Kochloefl, Karl (2002). "Catalisi eterogenea e catalizzatori solidi" in Enciclopedia di Ullmann della chimica industriale. Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. e Meiser, J.H. (1982). Chimica fisica. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
- Masel, Richard I. (2001). Cinetica chimica e catalisi. 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). "Osservazione di tutti i passaggi intermedi di una reazione chimica su una superficie di ossido mediante microscopia a tunnel di scansione.". ACS Nano. 3 (3): 517–26. doi:10.1021 / nn8008245