کاتالیزورها قهرمانان نامعلوم واکنش های شیمیایی هستند کاتالیزور یک ماده است که سرعت واکنش های شیمیایی را افزایش می دهد. با کمک کاتالیزور، مولکول هایی که ممکن است چند سال تعامل برقرار کنند اکنون می توانند در عرض چند ثانیه واکنش انجام دهند.
کارخانه ها بر کاتالیزورها تکیه می کنند.کاتالیزورها در فرایند سوخت ذغال سنگ به سوخت مایع کمک می کنند. آنها بازیکنان کلیدی در فن آوری انرژی پاک هستند. کاتالیست های طبیعی در بدن به نام آنزیم ها نقش مهمی در هضم غذا بازی می کنند.
کاتالیزور چیست؟
در طول هر واکنش شیمیایی، مولکول ها پیوند شیمیایی بین اتم های خود را شکسته. اتم ها پیوند جدید با اتم های مختلف را ایجاد می کنند.
کاتالیزور ها با کاهش انرژی فعال سازی واکنش شیمیایی انجام می دهند. انرژی فعال سازی مقدار انرژی مورد نیاز برای واکنش شیمیایی است. کاتالیزور مسیر همکاری شیمیائی جدید را تغییر می دهد. کاتالیزور یک بزرگراه آسفالته برای عبور از یک جاده خاکی است. کاتالیزور در واکنش استفاده نمی شود.
انرژی که یک واکنش است معمولا در قالب گرما است. وقتی یک کاتالیزور اضافه می شود، چیز خاصی اتفاق می افتد. شاید یک مولکول ساختار خود را تغییر دهد. شاید این کاتالیست باعث می شود که دو مولکول ترکیب شوند و انرژی را آزاد کنند. این انرژی اضافی ممکن است به دیگری واکنش نشان دهد که در چیزی به نام واکنش زنجیره ای اتفاق می افتد
در فن آوری سلول سوختی هیدروژن نیاز به یک کاتالیزور برای کار دارد، در این دستگاه ها، گاز هیدروژن (H2) با گاز اکسیژن (O2) واکنش می دهد تا آب (H2O) و برق تولید کند. این سیستم ها را می توان در یک وسیله نقلیه هیدرولیکی یافت که در آن برق را برای قدرت موتور ایجاد می کند. سلول ,سوخت نیاز به جدا کردن اتم ها در مولکول های هیدروژن و اکسیژن دارد تا این اتم ها بتوانند مولکول های جدید (آب) را مجددا تولید کنند. با این وجود، بدون کمک، این تغییر مجدد بسیار آرام انجام خواهد شد. بنابراین، سلول سوختی از یک کاتالیزور - پلاتین استفاده می کند تا این واکنش ها را سرعت بخشد
پلاتین به خوبی در سلول های سوخت کار می کند، سطح پلاتین مولکول های گاز را جذب می کند. در واقع، آنها را به هم نزدیک می سازد تا به سرعت واکنش نشان دهند.
اما پلاتین دارای معایبی است. هزینه ان بالااست. و به دست آوردن آسان نیست.
بعضی فلزات خواص شیمیایی شبیه به پلاتین دارند. در میان آنها پالادیوم و ایریدیم هستند. با این حال، مانند پلاتین، هردو گران هستند .
برخی از دانشمندان معتقدند که مولکول های کربن ممکن است کار کنند. آنها مطمئنا ارزان تر و راحت خواهند بود.
آنزیم ها
آنزیم ها کاتالیزورهای طبیعی زیست شناسی هستند. آنها در همه چیز از کپی کردن مواد ژنتیکی تا شکستن مواد غذایی و مواد مغذی نقش دارند. تولید کنندگان اغلب کاتالیزورها را برای سرعت بخشیدن به فرایندها در صنعت ایجاد می کنند.
کاتالیزورها در همه جا هستند! بسیاری از فرآیندهای بیوشیمیایی مانند اکسیداسیون گلوکز به شدت وابسته به آنزیم ها هستند، پروتئین هایی که به عنوان کاتالیزور عمل می کنند.
انواع واکنش های کاتالیزوری
کاتالیزورها را می توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد - ناهمگن و همگن. در یک واکنش ناهمگن، کاتالیزور در مرحله ای متفاوت از واکنش دهنده ها قرار دارد. در یک واکنش همگن، کاتالیزور در فاز مشابه واکنش دهنده ها قرار دارد.
فاز چیست؟
اگر شما به یک مخلوط نگاه کنید و می توانید مرز بین دو جزء را ببینید، این مواد در مراحل مختلف قرار دارند. مخلوط حاوی جامد و مایع شامل دو مرحله است. مخلوطی از مواد شیمیایی مختلف تنها شامل یک فاز است، زیرا شما نمی توانید مرز بین آنها را مشاهده کنید.
کاتالیزوری ناهمگن و سطحی
کاتالیزورهای ناهمگن کاتالیزورهایی هستند که در فاز متفاوت از واکنشگرها قرار دارند. به عنوان مثال، کاتالیزور ممکن است در فاز جامد باشد در حالی که واکنش دهنده ها در یک فاز مایع یا گاز هستند.
یک نمونه از کاتالیزور ناهمگن مبدل کاتالیستی در خودروهای بنزینی یا سوخت دیزل است. مبدل کاتالیزوری شامل کاتالیزورهای فلزی گذرا است که در پشتیبانی فاز جامد تعبیه شده است. کاتالیزور جامد به تماس با گازها از جریان خروجی خودرو کمک می کند و میزان واکنش را افزایش می دهد تا محصولات سمی کمتر از آلاینده ها در جریان اگزوز مانند مونوکسید کربن و سوخت نشتی تولید کند.
کاتالیزورها ی همگن
کاتالیزور هایی همگن هستند که در فاز (گاز یا مایع) همانند واکنش دهنده ها وجود دارند، در حالیکه کاتالیزورهای ناهمگن در فاز همانند واکنش دهنده ها نیستند.
کاتالیز اسید، کاتالیزور آلومینیوم و کاتالیزور آنزیمی نمونه هایی از کاتالیزوری همگن هستند. اغلب کاتالیزورهای همگن شامل ورود کاتالیزور فاز آب به محلول آبی واکنش دهنده می باشد. در چنین مواردی، اسیدها اغلب کاتالیزورهای بسیار موثر هستند، زیرا آنها می توانند واکنش ها را تحت تأثیر قرار دهند تا با قطب شدن پیوند برقرار کنند.
مزیت کاتالیزوری همگن این است که کاتالیزور به مخلوط واکنش مخلوط می شود، به طوری که میزان مولکول های کاتالیزور و مولکول واکنش دهنده را بسیار بالا می برد. با این حال، بر خلاف کاتالیز ناهمگن، کاتالیزور همگن اغلب پس از واکنش تا اتمام اجرا، غیرقابل برگشت است.
کاتالیزورهای همگن در انواع کاربرد های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا آنها برای افزایش سرعت واکنش بدون افزایش دما صورت می گیرند.
از شیمی بیشتر بخوانیم
پیوند کووالانسی چیست؟
پیوند هیدروژنی چیست؟
چرا آب یک حلال قطبی است؟
کریستال چیست؟
علت بالا رفتن نقطه جوش در اب نمک چیست؟
تفاوت بین اتم و یون چیست ؟
سیلیکون چیست؟
تفاوت بین آب مقطر و آب دیونیزه چیست ؟