Katalizator
Tekst z tej strony jest kopią wikipedii: pl.wikipedia.org/.
Na licencji GNU Free Documentation License
Katalizator to substancja, która dodana do układu reakcyjnego przyspiesza (katalizuje) reakcję i odtwarza się po każdym elementarnym przekształceniu substratu w produkt, zgodnie z równaniami:
| Reakcja bez katalizatora: A + B --> ABReakcja z katalizatorem: A + K --> AK AK + B --> AB + K |
Katalizator nie wpływa na położenie równowagi reakcji odwracalnej, ponieważ w równym stopniu zwiększa szybkość reakcji w obie strony. Katalizator może zwiększać selektywność reakcji, jeżeli zwiększa szybkość tworzenia się produktu głównego, a nie przyspiesza reakcji ubocznych (lub słabiej je przyspiesza).
Katalizatory wpływają na przebieg reakcji zmieniając jej mechanizm. Zwykle odbywa się to poprzez reakcję katalizatora z jednym z substratów prowadzącą do nowego, przejściowego związku chemicznego, który następnie reaguje z drugim substratem dając produkt końcowy i odtworzony katalizator.
Spis treści |
Katalizator homogeniczny to taki, który znajduje się w tej samej fazie, co reagenty (np. rozpuszczony w roztworze), natomiast katalizator heterogeniczny tworzy odrębną fazę (np. katalizator kontaktowy V2O5 utleniania SO2 do SO3).
Całkowicie błędne jest twierdzenie, spotykane w niektórych szkolnych podręcznikach, że katalizator nie bierze udziału w reakcji. Przeciwnie: katalizator bierze udział w reakcji, ale musi odtwarzać się po jej zakończeniu. W przypadku nieodtworzenia katalizatora po reakcji należałoby traktować go jak substrat.
Przykładem metody prowadzenia reakcji z użyciem katalizatora jest kataliza przeniesienia międzyfazowego (ang. Phase Transfer Catalysis – PTC).
Pojawiające się w niektórych podręcznikach szkolnych pojęcie "katalizator ujemny" (i, odpowiednio, "kataliza ujemna") jest zupełnie błędne, ponieważ mechanizm działania substancji zmniejszających szybkość reakcji jest inny niż mechanizm katalizy. W szczególności, inhibitor – w przeciwieństwie do katalizatora – jest zużywany (w stechiometrycznej ilości) i nie odtwarza się po reakcji.
Katalizator zazwyczaj nie inhibituje danej reakcji, ale istotnie zwiększa szybkość innej reakcji, nawet do 10000 razy, przez co powstaje wrażenie zahamowania danej reakcji.
Katalizator heterogeniczny
Katalizator heterogeniczny składa się ze:
- składnika aktywnego (składnik który de facto wpływa na przyspieszenie reakcji)
- nośnika katalizatora (substancji, służącej do rozwinięcia powierzchni katalizatora, nie bierze on udziału w procesie przyspieszania reakcji)
- promotorów (składniki dodawane w niewielkich ilościach polepszających strukturę geometryczną składnika aktywnego)
Rozróżniamy kilka typów katalizatorów heterogenicznych stosowanych w przemyśle:
- katalizator nośnikowy
- katalizator współstrącany
Katalizator nośnikowy naniesiony jest na niebiorący w reakcji składnik. Składnik aktywny występuje na powierzchni katalizatora w postaci wysepek, warstewek, kryształów. Nośnik ma za zadanie rozwinięcie powierzchni katalizatora. Istotne jest to o tyle, iż reakcja katalizowana przebiega jedynie na powierzchni katalizatora, a zatem z punktu widzenia katalizy, wnętrze granulki katalizatora nie bierze udziału w procesie. Najpopularniejszym przykładem takiego katalizatora jest katalizator samochodowy.
Katalizator stopowy powstaje podczas spiekania składnika aktywnego z promotorami, które mają za zadanie dopomóc w tworzeniu struktury o dużej powierzchni aktywnej katalizatora. Prekursor stopowy chłodzi się do temperatury pokojowej. Zazwyczaj powierzchniowa warstwa utlenia się na powietrzu i tworzy się warstewka pasywacyjna, pokrywająca powierzchnię katalizatora. Przed właściwym procesem z wykorzystaniem takiego katalizatora (uformowanego wcześniej w granulki, cząstki, itp.) przeprowadza się redukcję warstwy powierzchniowej. Zazwyczaj do reaktora wypełnionego katalizatorem wpuszcza się mieszaninę zawierającą wodór. Po zredukowaniu warstwy katalizator staje się aktywny i można zacząć prowadzić konkretny proces.
Katalizator współstrącany powstaje poprzez strącanie składnika aktywnego i nośnika z roztworu soli. Strącony osad przemywa się suszy, mieli, poddaje kalcynacji, a w końcowym etapie aktywacji.
Katalizator homogeniczny
Katalizatory te rozpuszczane są w środowisku reakcji. Po przeprowadzeniu reakcji występuje potrzeba regeneracji katalizatora, czyli oddzielenia go od produktów reakcji.
Inne typy katalizatorów
Istnieją pewne typy katalizatorów, które zużywają się w reakcji i nie mogą być wydzielane ze środowiska reakcji. Przykładem takich katalizatorów są katalizatory Zieglera-Natty, używane w procesie polimeryzacji. Katalizatory te zapoczątkowują reakcję i determinują sposób wzrostu polimeru. Stanowią pewnego rodzaju klatkę, w którą mery mogą mogą wchodzić tylko w określony geometrycznie sposób. W ten sposób powstają związki bez rozwidleń, polimery o określonej budowie.
Problemem związanym z tymi katalizatorami jest ich odzyskiwanie. Polimer jest ciałem stałym, a zatem nie można rozdzielić katalizatora od produktu bez uszkodzenia struktury produktu.
[ Zobacz teżParse error: syntax error, unexpected '}' in /home/vloq/wiki/encyklopedia.c-o-m.pl/ll5a5f92bb4f40ac53f1ec5cd05dbfd3ce.php on line 1