Definicja katalizatorów i sposób ich działania

Obrazy bohaterów / Obrazy Getty

A katalizator jest substancją chemiczną, która wpływa na wskaźnik reakcji chemicznej poprzez zmianę energii aktywacji wymaganej do przebiegu reakcji. Ten proces nazywa się katalizą. Katalizator nie jest zużywany w reakcji i może brać udział w wielu reakcjach na raz. Jedyna różnica między reakcją katalizowaną a niekatalizowaną polega na tym, że energia aktywacji jest inny. Nie ma wpływu na energię reagentów lub produktów. ΔH dla reakcji jest takie samo.​

Jak działają katalizatory

Katalizatory umożliwiają alternatywny mechanizm przekształcania się reagentów w produkty o niższym energia aktywacji i inny stan przejściowy. Katalizator może umożliwić przebieg reakcji w niższej temperaturze lub zwiększyć szybkość reakcji lub selektywność. Katalizatory często reagują z reagentami, tworząc związki pośrednie, które ostatecznie dają te same produkty reakcji i regenerują katalizator. Należy zauważyć, że katalizator może zostać zużyty podczas jednego z etapów pośrednich, ale zostanie utworzony ponownie przed zakończeniem reakcji.

Katalizatory dodatnie i ujemne (inhibitory)

Zwykle, gdy ktoś odnosi się do katalizatora, ma na myśli a pozytywny katalizator , który jest katalizatorem przyspieszającym reakcję chemiczną poprzez obniżenie jej energii aktywacji. Istnieją również negatywne katalizatory lub inhibitory, które spowalniają szybkość reakcji chemicznej lub zmniejszają prawdopodobieństwo jej wystąpienia.

Promotory i katalityczne trucizny

Promotor to substancja zwiększająca aktywność katalizatora. Trucizna katalityczna to substancja, która dezaktywuje katalizator.

Katalizatory w akcji

• Enzymy to specyficzne dla reakcji katalizatory biologiczne. Reagują z podłożem, tworząc niestabilny związek pośredni. Na przykład anhydraza węglanowa katalizuje reakcję:
  H_dwaWSPÓŁ₃(aq) ⇆ H_dwaO(l) + CO_dwa(aq)
  Enzym pozwala reakcji szybciej osiągnąć równowagę. W przypadku tej reakcji enzym umożliwia dwutlenek węgla dyfuzję z krwi do płuc, dzięki czemu może być wydychany.
• Nadmanganian potasu jest katalizatorem rozkładu nadtlenku wodoru na gazowy tlen i wodę. Dodanie nadmanganianu potasu zwiększa temperaturę reakcji i jej szybkość.
• Kilka metali przejściowych może działać jako katalizatory. Dobry przykład platyny w katalizatorze samochodowym. Katalizator umożliwia przekształcenie toksycznego tlenku węgla w mniej toksyczny dwutlenek węgla. To jest przykład katalizy heterogenicznej.
• Klasycznym przykładem reakcji, która nie przebiega w znaczącym tempie do momentu dodania katalizatora, jest reakcja pomiędzy gazowym wodorem i tlenem. Jeśli zmieszasz oba gazy razem, nic się nie dzieje. Jeśli jednak dodasz ciepło z zapalonej zapałki lub iskry, pokonasz energię aktywacji, aby rozpocząć reakcję. W tej reakcji dwa gazy reagują, tworząc wodę (wybuchowo).
  H_dwa+ O_dwaH_dwaO
• Reakcja spalania jest podobna. Na przykład, kiedy palisz świecę, pokonujesz energię aktywacji poprzez zastosowanie ciepła. Po rozpoczęciu reakcji ciepło uwalniane z reakcji pokonuje energię aktywacji potrzebną do jej przebiegu.