Katalyse wordt gedefinieerd als het verhogen van de snelheid van een chemische reactie door een katalysator. Een katalysator is op zijn beurt een stof die niet door de chemische reactie, maar werkt om het te verlagen activeringsenergie. Met andere woorden, een katalysator is zowel een reactant en Product van een chemische reactie. Gewoonlijk is hiervoor slechts een zeer kleine hoeveelheid katalysator nodig 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 voorkeurseenheid de enzymeenheid. De effectiviteit van een katalysator kan worden uitgedrukt met behulp van het omzetnummer (TON) of de omzetfrequentie (TOF), dat is TON per tijdseenheid.
Katalyse is een essentieel proces in de chemische industrie. Naar schatting wordt 90% van de commercieel geproduceerde chemicaliën gesynthetiseerd via een katalytisch proces.
Soms wordt de term "katalyse" gebruikt om te verwijzen naar een reactie waarbij een stof wordt geconsumeerd (bijvoorbeeld door base gekatalyseerde esterhydrolyse). Volgens de
IUPAC, dit is een onjuist gebruik van de term. In deze situatie moet de stof die aan de reactie wordt toegevoegd een activator in plaats van een katalysator.Belangrijkste punten: 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 en wordt dus 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 Catalysis werkt
Een katalysator biedt een andere overgangstoestand voor een chemische reactie, met een lagere activeringsenergie. Botsingen tussen reactantmoleculen bereiken eerder de energie die nodig is om producten te vormen dan zonder de aanwezigheid van de katalysator. In sommige gevallen is een effect van katalyse een verlaging van de temperatuur waarbij een reactie zal plaatsvinden.
Katalyse verandert het chemische evenwicht niet, omdat het zowel de voorwaartse als achterwaartse reactiesnelheid beïnvloedt. Het verandert de evenwichtsconstante niet. Evenzo wordt de theoretische opbrengst van een reactie niet beïnvloed.
Voorbeelden van katalysatoren
Als katalysator kan een grote verscheidenheid aan chemicaliën worden gebruikt. Voor chemische reacties waarbij water betrokken is, zoals hydrolyse en uitdroging worden de protonzuren vaak gebruikt. Als katalysator gebruikte vaste stoffen omvatten 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 "laat-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 beschouwd als een afzonderlijke 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. Zo zijn vaste katalysatoren die een reactie katalyseren in een mengsel van vloeistoffen en / of gassen heterogene katalysatoren. Het oppervlak 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 één type homogene katalysator.
Enzymen zijn op eiwitten gebaseerde katalysatoren. Ze zijn een type biokatalysator. Oplosbare enzymen zijn homogene katalysatoren, terwijl membraangebonden enzymen heterogene katalysatoren zijn. Biokatalyse wordt gebruikt voor commerciële synthese van acrylamide en fructose-glucosestroop.
Gerelateerde termen
Precatalysts zijn stoffen die tijdens een chemische reactie in katalysator veranderen. Er kan een inductieperiode zijn terwijl de voorkatalysatoren worden geactiveerd om katalysatoren te worden.
Co-katalysatoren en promotors zijn namen die worden gegeven aan chemische soorten die de katalytische activiteit ondersteunen. Bij gebruik van deze stoffen wordt het proces genoemd coöperatieve katalyse.
Bronnen
- IUPAC (1997). Compendium van chemische terminologie (2e ed.) (Het "gouden boek"). doi: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. doi:10.1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. 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 oxideoppervlak door scantunnelingmicroscopie." ACS Nano. 3 (3): 517–26. doi:10.1021 / nn8008245