Καταλύτης στη Χημεία

Ο καταλύτης είναι μια ουσία που αλλάζει συνολικά τον ρυθμό αντίδρασης χωρίς να καταναλώνεται σε μια αντίδραση. Στη Χημεία, οι καταλύτες χρησιμοποιούνται ευρέως για την ενίσχυση του ρυθμού οποιασδήποτε χημικής αντίδρασης χωρίς αλλαγή του προϊόντος. Το όνομα καταλύτης δόθηκε από τον Berzelius το 1835. Ένας μεγάλος αριθμός καταλυτικών αντιδράσεων είναι γνωστός στη χημεία και τη χημική τεχνολογία.

Ένας διάσημος χημικός Ostwald όρισε τον καταλύτη ως μια ουσία που μεταβάλλει τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης χωρίς να υποστεί καμία χημική αλλαγή. Σύμφωνα με τον ίδιο, η αλλοίωση προκαλείται είτε από την αύξηση ή τη μείωση του ρυθμού της χημικής αντίδρασης. Αλλά σήμερα, οι καταλύτες χρησιμοποιούνται ευρέως μόνο για την ενίσχυση του ρυθμού αντίδρασης. Κατ' εξαίρεση χρησιμοποιούνται για τη μείωση του αρχικού ρυθμού αντίδρασης.

Τι είναι ο καταλύτης;

Όταν ο ρυθμός μιας δεδομένης χημικής αντίδρασης δεν μεταβάλλεται σημαντικά από την αλλαγή των διαφόρων συνθηκών όπως η θερμοκρασία, η συγκέντρωση, το pH κ.λπ., των αντιδρώντων, δημιουργούνται νέες ουσίες που δεν εμπλέκονται άμεσα στην αντιδρούν και αναμιγνύονται. Και τελικά έκαναν αλλαγές στη δεδομένη χημική αντίδραση. Τέτοιες νέες ουσίες είναι γνωστές ως καταλύτες.

Η διαδικασία με την οποία ένας καταλύτης αλλάζει τον ρυθμό αντίδρασης χωρίς να συμμετέχει σε αυτήν είναι γνωστή ως κατάλυση. Με βάση τον τρόπο με τον οποίο οι καταλύτες άλλαξαν τον ρυθμό των αντιδράσεων, χωρίζονται στους ακόλουθους τύπους.

Θετικός καταλύτης:

Οι ουσίες εκείνες που επιταχύνουν τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης χωρίς να υποστούν καμία χημική αλλαγή ονομάζονται Θετικοί καταλύτες και τα φαινόμενα είναι γνωστά ως θετικοί καταλύτες.

Αρνητικός καταλύτης:

Οι ουσίες που μειώνουν ή επιβραδύνουν τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης είναι γνωστές ως Αρνητικός καταλύτης και το φαινόμενο ονομάζεται αρνητική κατάλυση.

Αυτόματος καταλύτης:

Εκείνες οι ουσίες που παράγονται στη χημική αντίδραση και δρουν ως καταλύτες ονομάζονται Αυτόματοι καταλύτες και το φαινόμενο είναι γνωστό ως Αυτοκατάλυση.

Πώς λειτουργεί ένας καταλύτης;

Οι καταλύτες λειτουργούν έτσι ώστε μπορεί να επιταχύνουν τον ρυθμό αντίδρασης μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης ή μπορεί να αλλάξουν ολόκληρο τον μηχανισμό αντίδρασης. Αυτό φαίνεται πιο συχνά στον τομέα της χημείας.

Από την άλλη πλευρά, οι καταλύτες μπορεί επίσης να επιβραδύνουν τον ρυθμό αντίδρασης αυξάνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης ή αλλάζοντας ολόκληρο τον μηχανισμό αντίδρασης. Αυτό παρατηρείται πολύ σπάνια.

Με την εξέταση αυτών των δύο σημείων, δημιουργείται μια σχέση μεταξύ της ενέργειας ενεργοποίησης και του ρυθμού της χημικής αντίδρασης, και αυτή είναι:- Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης είναι αντιστρόφως ανάλογος με την ενέργεια ενεργοποίησης του τη συγκεκριμένη αντίδραση.

Παραδείγματα καταλύτη:

Οξινοβασικός καταλύτης:

Υπάρχουν δύο τύποι κατάλυσης οξέος-βάσης. Το πρώτο είναι ποιος ρυθμός αντίδρασης είναι ανάλογος με τη συγκέντρωση Η+ ή ΟΗ¯. Αυτό είναι γνωστό ως ειδική κατάλυση. Ο δεύτερος τύπος ονομάζεται γενική κατάλυση.

Στην όξινη κατάλυση, ο καταλύτης είναι ένα ιόν Η+, ενώ στην κατάλυση βάσης, ο καταλύτης είναι ένα ιόν ΟΗ.

Ομογενής καταλύτης:

Αυτοί οι καταλύτες βρίσκονται στην ίδια φάση όσον αφορά τα αντιδρώντα και τα προϊόντα. Αυτό σημαίνει ότι εάν ο καταλύτης είναι σε υγρή μορφή, τα αντιδρώντα και το προϊόν είναι επίσης σε υγρή μορφή.

Για παράδειγμα:CH3COOCH3(l) + H2O(l) CH3COOH(l) + CH3OH(l).

Σε αυτό το παράδειγμα, ο καταλύτης HCl βρίσκεται σε υγρή κατάσταση. Και, το αντιδρόν και το προϊόν βρίσκονται επίσης σε υγρή κατάσταση.

Ετερογενής καταλύτης:

Αυτοί είναι οι καταλύτες σε διαφορετική κατάσταση όσον αφορά τα αντιδρώντα και τα προϊόντα. Αυτό σημαίνει ότι εάν ο καταλύτης βρίσκεται σε υγρή κατάσταση, τα αντιδρώντα και τα προϊόντα είναι διαφορετικά από την υγρή κατάσταση.

Για παράδειγμα, καταλύτης στη βενζίνη.

Οι καταλυτικοί μετατροπείς είναι συνήθως μεταλλικοί καταλύτες μετάβασης τυλιγμένοι μαζί με υποστήριξη στερεάς φάσης. Αντιδρούν με το ρεύμα των καυσαερίων του αυτοκινήτου, το οποίο είναι αέριο σε κατάσταση και οδηγεί σε αύξηση του συνολικού ρυθμού αντίδρασης, με αποτέλεσμα λιγότερο τοξικά προϊόντα από ρύπους.

Συμπέρασμα

Καταλύτες είναι εκείνες οι ουσίες που μεταβάλλουν τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης χωρίς να καταναλώνονται σε αυτήν. Οι καταλύτες εκτελούν τη λειτουργία τους μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης ή αλλάζοντας τον μηχανισμό των χημικών αντιδράσεων. Υπάρχουν γενικά τρεις τύποι καταλυτών με βάση τις λειτουργίες τους. Είναι θετικοί καταλύτες, αρνητικοί καταλύτες και αυτοκαταλύτες. Τα ένζυμα δρουν επίσης ως καταλύτες ειδικά σε βιοχημικές αντιδράσεις. Συνήθη παραδείγματα καταλυτών περιλαμβάνουν όξινο-βασικούς, ομογενείς και ετερογενείς καταλύτες.