کاتالیزور

کاتالیزور

ارسال سفارش به سراسر کشور با سریع زمان

فروشنده: 09190930600

کاتالیزور کلمه متداولی است که ممکن است هنگام مطالعه شیمی به خصوص هنگام یادگیری در مورد واکنش‌های شیمیایی با آن روبرو شوید. در حالی که برخی از واکنش‌های شیمیایی به سرعت اتفاق می‌افتد، بعضی از آن‌ها مدت‌ها طول می‌کشد و نیاز به مواد یا تلاش اضافی دارند. اینجاست که کاتالیزور وارد می‌شود. کاتالیزور چیست؟

معنی کاتالیزور

در شیمی، کاتالیزورها به موادی گفته می‌شوند که با تغییر مسیر واکنش سرعت واکنش را تغییر می‌دهند. بیشتر اوقات از کاتالیزور برای سرعت بخشیدن یا افزایش سرعت واکنش استفاده می‌شود. با این حال، اگر به سطح عمیق‌تری برویم، از کاتالیزورها برای شکستن یا بازسازی پیوندهای شیمیایی بین اتم‌ها که در مولکول‌های عناصر یا ترکیبات مختلف وجود دارد، استفاده می‌شود. در واقع، کاتالیزورها مولکول‌ها را به انجام واکنش تشویق می‌کنند و کل روند واکنش را آسان و کارآمد می‌کنند.

کاتالیزور

برخی از خصوصیات مهم کاتالیزورها عبارتند از:

  • واکنش شیمیایی را شروع نمی‌کند.
  • در واکنش مصرف نمی‌شود.
  • کاتالیزورها تمایل دارند با واکنش دهنده‌ها واکنش داده و واسطه‌ها را تشکیل دهند و همزمان تولید محصول واکنش نهایی را تسهیل کنند. در آخر فرآیند، می‌تواند دوباره تولید شود.

می‌تواند جامد، مایع یا گازی باشد. برخی از کاتالیزورهای جامد شامل فلزات یا اکسیدهای آن‌ها از جمله سولفیدها و هالیدها هستند. از عناصر نیمه فلزی مانند بور، آلومینیوم و سیلیسیم نیز به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شود. به همین ترتیب، عناصر مایع و گازی که به صورت خالص هستند به این عنوان استفاده می‌شوند. گاهی اوقات، از این عناصر به همراه حلال‌ها یا حامل‌های مناسب نیز استفاده می‌شود.

واكنشی كه شامل یك كاتالیزور در سیستم آن‌ها باشد به عنوان واكنش‌های كاتالیزوری شناخته می‌شوند.

انواع کاتالیزورها

انواع مختلفی از کاتالیزورها وجود دارد که می‌تواند بسته به نیاز یا نیاز واکنش شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد. آنها به شرح زیر است:

کاتالیزورهای مثبت

کاتالیزورهایی که سرعت واکنش شیمیایی را افزایش می‌دهند کاتالیزورهای مثبت هستند. این نوع کاتالیـزورها با کاهش موانع انرژی فعال سازی سرعت واکنش را افزایش می‌دهد به طوری که تعداد زیادی از مولکول‌های واکنش به محصولات تبدیل می‌شوند، در نتیجه درصد عملکرد محصولات افزایش می‌یابد.

مثال: در تهیه NH3 توسط فرآیند هابر، اکسید آهن به عنوان یک کاتالیـزور مثبت عمل می‌کند و علی رغم واکنش کمتر نیتروژن، عملکرد آمونیاک را افزایش می‌دهد.

کاتالیزورهای منفی

کاتالیـزورهایی که سرعت واکنش و کاتالیـزور منفی را کاهش می‌دهند. این نوع کاتالیـزور با افزایش سد انرژی فعال‌سازی که باعث کاهش تعداد مولکول‌های واکنش دهنده برای تبدیل به محصولات می‌شود، سرعت واکنش را کاهش می‌دهد و از این رو سرعت واکنش کاهش می‌یابد.

مثال: تجزیه پراکسید هیدروژن به آب و اکسیژن با استفاده از استانیلید عقب انداخته می‌شود، این به عنوان یک کاتالیـزور منفی برای کاهش سرعت تجزیه پراکسید هیدروژن عمل می‌کند.

ترویج دهنده یا شتاب دهنده‌ها

ماده‌ای که فعالیت کاتالیزور را افزایش می‌دهد به عنوان تروج دهنده یا تسریع کننده شناخته می‌شوند.

مثال: در فرآیند هابر مولیبدن یا مخلوطی از اکسیدهای پتاسیم و آلومینیوم به عنوان شتاب دهنده عمل می‌کنند.

سموم یا بازدارنده‌های کاتالیزور

موادی که فعالیت کاتالیزور را کاهش می‌دهند به عنوان سموم یا مهارکننده‌های کاتالیـزور شناخته می‌شوند.

مثال: در هیدروژناسیون آلکین به یک آلکن، کاتالیـزور پالادیوم با سولفات باریم در محلول کینولون مسموم می‌شود و واکنش در سطح آلکن متوقف می‌شود. کاتالیـزور به کاتالیزور لیندلار معروف است.

کاتالیز

وقتی از کاتالیزور برای افزایش سرعت واکنش شیمیایی استفاده می‌شود، این پدیده به عنوان کاتالیز شناخته می‌شود.

انواع کاتالیز چیست؟

بر اساس طبیعت و وضعیت فیزیکی ماده ای که در واکنش شیمیایی استفاده می‌شود، کاتالیز سه نوع است.

  • کاتالیز همگن
  • کاتالیز ناهمگن
  • کاتالیز خودکار

کاتالیز ناهمگن

در این نوع کاتالیز، مواد واکنش دهنده در یک واکنش و کاتالیزور استفاده شده در آن واکنش در حالت ماده یکسانی نیستند.

مثال 1: تهیه آمونیاک توسط فرآیند هابر.

گازهای نیتروژن و هیدروژن خالص و خشک به نسبت 1: 3 از طریق یک کمپرسور منتقل می‌شود که در آن فشار بالای 200 تا 30 اتمسفر حفظ می‌شود. در این فرآیند از اکسید آهن به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شود. این یک اکسید جامد است که در فرآیندی به کار می‌رود که واکنش دهنده‌ها در حالت گازی هستند. نیتروژن (g) با هیدروژن (g) واکنش داده و آمونیاک (g) را تشکیل می‌دهد، در فشار جامد اکسید آهن باعث تجزیه ناهمگن می‌شود.

مثال 2: تولید سولفوریک اسید از طریق فرآیند تماس.

در این فرآیند، اکسیداسیون دی اکسید گوگرد یک گام اصلی است. در این اکسیداسیون، دی اکسید گوگرد یک گاز و اکسیژن یک گاز است در حالی که وانادیوم پنتا اکسید یک کاتالیزور جامد است. در این فرآیند، واکنش دهنده‌ها و کاتالیزورها در حالت‌های مختلف ماده قرار دارند.

مکانیسم کاتالیزور ناهمگن

کاتالیز ناهمگن شامل جذب و همچنین تشکیل ترکیب میانی است. مولکول واکنش دهنده در مرکز فعال سازی سطح کاتالیزور جذب می‌شود. این ترکیبات برای ایجاد یک کمپلکس فعال شده که یک ترکیب میانی است. این ترکیب برای تولید محصولات تجزیه می‌شود.

به محض این که محصولات تولید شوند، بدون هیچ گونه گذشت زمان از سطح دفع می‌شوند. کاتالیز ناهمگن شامل جذب اولیه واکنش دهنده‌ها در سطح کاتالیزور، تشکیل ترکیب میانی، جدا شدن به صورت یک محصول است.

کاتالیزور

مثال: هیدروژناسیون اتن به اتان در سطح نیکل.

مولکول‌های اتر و هیدروژن روی سطح کاتالیـزور جذب می‌شوند.

هیدروژن بیشتر مرکز فعال سازی را اشغال می‌کند و به عنوان انسداد شناخته می‌شود.

مولکول اتان به ناحیه پیوند دوگانه آن حمله می‌کند و یک کمپلکس فعال را تشکیل می‌دهد.

اتر با هیدروژن فعال واکنش داده و اتان تشکیل می‌دهد.

این اتان بر روی سطح کاتالیـزور دفع می‌شود.

کاتالیزور

کاتالیز همگن

واکنشی که در آن کاتالیـزور مورد استفاده در واکنش و واکنش دهنده‌ها در حالت ماده مشابه هستند، از این فرآیند به عنوان کاتالیز همگن یاد می‌شود.

در همان مرحله واکنش دهنده‌ها، کاتالیـزورهای همگن کار می‌کنند. معمولاً کاتالیـزورهای همگن با بسترها در یک حلال حل می‌شوند.

اثر +H  در استری شدن اسیدهای کربوکسیلیک، مانند تشکیل متیل استات از اسید استیک و متانول، یکی از نمونه‌های تجزیه همگن است. هیدروفورمیلاسیون، هیدروسیلیلاسیون، هیدروسیاناسیون شامل فرآیندهای با حجم بالا و نیاز به کاتالیـزور همگن است. آنالیز همگن اغلب مترادف با کاتالیـزورهای فلزی برای شیمی‌دانان غیر آلی است. با این حال، بسیاری از کاتالیـزورهای همگن فلزی نیستند، همانطور که با استفاده از نمک‌های کبالت نشان می‌دهد که اکسیداسیون p-زایلین به ترفتالیک اسید را کاتالیز می‌کند.

در حالی که در مطالعه کاتالیز، فلزات انتقالی اغلب تمرکز زیادی را به خود جلب می‌کنند، مولکول های آلی کوچک بدون فلزات نیز ممکن است دارای ویژگی‌های کاتالیـزوری باشند، همانطور که از عدم وجود فلزات انتقالی در بسیاری از آنزیم‌ها مشخص است.

کاتالیـزورهای آلی معمولاً نسبت به کاتالیـزورهای پایه فلزات انتقالی (-یون) به بار بیشتری (مقدار کاتالیـزور در واحد مقدار واکنش دهنده، بیان شده در درصد مول ماده) نیاز دارند، اما این کاتالیـزورها اکثرا به صورت عمده در بازار موجود هستند و به کاهش هزینه‌ها کمک می‌کنند. چنین کاتالیـزورهای ارگانیک در اوایل دهه 2000 “نژاد جدید” در نظر گرفته شده و با کاتالیـزورهای معمولی حاوی فلز (-یون) قابل رقابت هستند.

مثال 1: هیدرولیز اتیل استات در حضور اسید رقیق.

اتیل استات مایعی است که شامل یک گروه عاملی استر است. در حضور سولفوریک اسید رقیق که به عنوان مایعی برای اتیل الکل و اسید استیک است، با آب واکنش می‌دهد.

کاتالیزور
کاتالیست

در واکنشهای فوق واکنش‌دهنده‌ها و کاتالیـزورها در حالت ماده یکسانی هستند. از این رو، آنالیز همگن است.

مثال 2: اکسیداسیون دی اکسید گوگرد در فرآیند محفظه سرب.

از فرآیند محفظه سرب در تولید سولفوریک اسید استفاده میشود. در این فرآیند، از گاز نیتریک اکسید به عنوان کاتالیـزور استفاده می‌شود.

کاتالیزور
کاتالیـزورها

در واکنش فوق، SO2 و O2 به همراه کاتالیست NO نیز یک گاز است از این رو این واکنش، کاتالیز همگن است.

کاتالیز خودکار

در واکنش اتوکاتالیستی، هیچ کاتالیـزور خاص اضافه نشده است. در عوض، یکی از محصولات به عنوان کاتالیـزور عمل می‌کند و سرعت تشکیل محصولات را افزایش می‌دهد.

مثال 1: تجزیه آرسن (AsH3) توسط آرسنیک تشکیل شده در راکتور “اتوکاتالیست” است.

2As H3 → 2As + 3H2

در این فرآیند As به عنوان یک کاتالیزور عمل می‌کند.

مثال 2: پرمنگنات در مقابل اگزالیک اسید در طی فرآیند M + 2 تشکیل شده به عنوان اتوکاتالیست عمل می‌کند.

2mno – 4 + 5CH2C2O4 → 2Mn + 2 + 8H2O + 16HP

پیشنهادات:

سدیم استئاریل فومارات

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

20 − یک =

Call Now Buttonبرای مشاوره تماس بگیرید