Katalysedefinitie in de chemie

Een katalysator maakt een andere energieroute mogelijk voor een chemische reactie die een lagere activeringsenergie heeft. De katalysator wordt niet verbruikt in de chemische reactie. Smokefoot, Wikipedia Commons

katalyse wordt gedefinieerd als het verhogen van de snelheid van een chemische reactie door een te introduceren katalysator . Een katalysator is op zijn beurt een stof die niet door de chemische reactie , maar werkt om de te verlagen activeringsenergie . Met andere woorden, een katalysator is zowel een reactant en Product van een chemische reactie. Gewoonlijk is slechts een zeer kleine hoeveelheid katalysator nodig om katalyseren een reactie.

De SI-eenheid voor katalyse is de katal. Dit is een afgeleide eenheid die mol per seconde is. Wanneer enzymen een reactie katalyseren, is de eenheid die de voorkeur heeft de enzymeenheid. De effectiviteit van een katalysator kan worden uitgedrukt met behulp van het omzetgetal (TON) of omzetfrequentie (TOF), dat TON per tijdseenheid is.

Katalyse is een essentieel proces in de chemische industrie. Geschat wordt dat 90% van de commercieel geproduceerde chemicaliën wordt gesynthetiseerd via een katalytisch proces.

Soms wordt de term 'katalyse' gebruikt om te verwijzen naar een reactie waarbij een stof wordt verbruikt (bijvoorbeeld door base gekatalyseerde esterhydrolyse). Volgens de IUPAC , dit is een onjuist gebruik van de term. In deze situatie moet de aan de reactie toegevoegde stof een worden genoemd activator in plaats van een katalysator.

Belangrijkste afhaalrestaurants: wat is katalyse?

• Katalyse is het proces waarbij de snelheid van een chemische reactie wordt verhoogd door er een katalysator aan toe te voegen.
• De katalysator is zowel een reactant als een product in de reactie, dus deze wordt niet verbruikt.
• Katalyse werkt door de activeringsenergie van de reactie te verlagen, waardoor deze thermodynamisch gunstiger wordt.
• Katalyse is belangrijk! Ongeveer 90% van de commerciële chemicaliën wordt bereid met behulp van katalysatoren.

Hoe katalyse werkt

Een katalysator biedt een andere overgangstoestand voor een chemische reactie, met een lagere activeringsenergie. Botsingen tussen reactantmoleculen hebben meer kans om de energie te bereiken die nodig is om producten te vormen dan zonder de aanwezigheid van de katalysator. In sommige gevallen is een effect van katalyse het verlagen van de temperatuur waarbij een reactie zal plaatsvinden.

Katalyse verandert het chemische evenwicht niet omdat het zowel de voorwaartse als de achterwaartse reactiesnelheid beïnvloedt. Het verandert niets aan de evenwichtsconstante. Evenzo wordt de theoretische opbrengst van een reactie niet beïnvloed.

Voorbeelden van katalysatoren

Een grote verscheidenheid aan chemicaliën kan als katalysator worden gebruikt. Voor chemische reacties waarbij water betrokken is, zoals: hydrolyse en uitdroging worden de protonzuren algemeen gebruikt. Vaste stoffen die als katalysatoren worden gebruikt, zijn onder meer zeolieten, aluminiumoxide, grafietkoolstof en nanodeeltjes. Overgangsmetalen (bijvoorbeeld nikkel) worden meestal gebruikt om redoxreacties te katalyseren. Organische synthesereacties kunnen worden gekatalyseerd met behulp van edele metalen of 'late overgangsmetalen', zoals platina, goud, palladium, iridium, ruthenium of rhodium.

Soorten katalysatoren

De twee belangrijkste categorieën katalysatoren zijn heterogene katalysatoren en homogene katalysatoren. Enzymen of biokatalysatoren kunnen worden gezien als een aparte groep of als behorend tot een van de twee hoofdgroepen.

Heterogene katalysatoren zijn die welke in een andere fase bestaan ​​dan de reactie die wordt gekatalyseerd. Vaste katalysatoren die bijvoorbeeld een reactie in een mengsel van vloeistoffen en/of gassen katalyseren, zijn heterogene katalysatoren. Oppervlakte is van cruciaal belang voor het functioneren van dit type katalysator.

Homogene katalysatoren bestaan ​​in dezelfde fase als de reactanten in de chemische reactie. Organometaalkatalysatoren zijn een type homogene katalysator.

Enzymen zijn op eiwitten gebaseerde katalysatoren. Ze zijn een soort biokatalysator . Oplosbare enzymen zijn homogene katalysatoren, terwijl membraangebonden enzymen heterogene katalysatoren zijn. Biokatalyse wordt gebruikt voor de commerciële synthese van acrylamide en fructose-glucosestroop.

Gerelateerde termen

Prekatalysatoren zijn stoffen die tijdens een chemische reactie worden omgezet in katalysatoren. Er kan een inductieperiode zijn terwijl de prekatalysatoren worden geactiveerd om katalysatoren te worden.

Co-katalysatoren en promotors zijn namen die worden gegeven aan chemische soorten die de katalytische activiteit bevorderen. Wanneer deze stoffen worden gebruikt, wordt het proces genoemd coöperatieve katalyse .

bronnen

• IUPAC (1997). Compendium van chemische terminologie (2e ed.) (het 'Gouden Boek'). doei: 10.1351/goldbook.C00876
• Knözinger, Helmut en Kochloefl, Karl (2002). 'Heterogene katalyse en vaste katalysatoren' in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . Wiley-VCH, Weinheim. doei: 10.1002/14356007.a05_313
• Laidler, KJ en Meiser, J.H. (1982). Fysische chemie . Benjamin/Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
• Masel, Richard I. (2001). Chemische kinetiek en katalyse . 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). 'Observatie van alle tussenstappen van een chemische reactie op een oxide-oppervlak door middel van scanning tunneling microscopie.'. ACS Nano . 3 (3): 517-26. doei: 10.1021/nn8008245