Definitie van katalyse in de chemie

Catalysis wordt gedefinieerd als het verhogen van de snelheid van een chemische reactie door het introduceren van een katalysator. Een katalysator is op zijn beurt een stof die niet wordt verbruikt door de chemische reactie, maar die de activeringsenergie verlaagt. Met andere woorden, een katalysator is zowel een reagens als een product van een chemische reactie. Gewoonlijk is slechts een zeer kleine hoeveelheid katalysator vereist 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 voorkeurseenheid de enzymeenheid. De effectiviteit van een katalysator kan worden uitgedrukt met behulp van het omzetnummer (TON) of omzetfrequentie (TOF), die TON per tijdseenheid is.

Katalyse is een vitaal 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 waarin een stof wordt verbruikt (bijvoorbeeld base-gekatalyseerde esterhydrolyse). Volgens de IUPAC is dit een onjuist gebruik van de term. In deze situatie moet de stof die aan de reactie is toegevoegd 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 reagens 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 commerciële chemicaliën worden 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 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 het verlagen van de temperatuur waarbij een reactie zal plaatsvinden.

Katalyse verandert het chemische evenwicht niet omdat het zowel de voorwaartse als de omgekeerde 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. Vaste stoffen die als katalysatoren worden gebruikt, omvatten zeolieten, aluminiumoxide, grafietkoolstof en nanodeeltjes. Overgangsmetalen (bijvoorbeeld nikkel) worden meestal gebruikt om redoxreacties te katalyseren. Organische synthesereacties kunnen worden gekatalyseerd met behulp van edelmetalen of "late overgangsmetalen", zoals platina, goud, palladium, iridium, ruthenium of rhodium.

Soorten katalysatoren

De twee hoofdcategorieën van 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 gekatalyseerde reactie. Vaste katalysatoren die bijvoorbeeld een reactie katalyseren in een mengsel van vloeistoffen en / of gassen 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. Organometallische katalysatoren zijn één type homogene katalysator.

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

Gerelateerde termen

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

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

bronnen

• IUPAC (1997). Compendium van chemische terminologie (2e editie) (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 oxide-oppervlak door scanning tunneling microscopie.". ACS Nano. 3 (3): 517-26. doi: 10,1021 / nn8008245