הגדרת קטליזה בכימיה

קטליזה מוגדר כמגדיל את קצב התגובה הכימית על ידי הצגת א זרז. זרז, בתורו, הוא חומר שאינו נצרך על ידי תגובה כימית, אך פועלת להנמכתו אנרגיית הפעלה. במילים אחרות, זרז הוא שניהם א מגיב ו מוצר של תגובה כימית. בדרך כלל, נדרשת רק כמות קטנה מאוד של זרז לזרז תגובה.

יחידת ה- SI לקטליזה היא הקטלית. זו יחידה נגזרת שהיא שומות בשנייה. כאשר אנזימים מזרזים תגובה, היחידה המועדפת היא יחידת האנזים. יעילותו של זרז עשויה להתבטא באמצעות מספר המחזור (TON) או תדירות המחזור (TOF), שהם TON ליחידת זמן.

קטליזה היא תהליך חיוני בתעשייה הכימית. ההערכה היא כי 90% מכימיקלים המיוצרים מסחרית מסונתזים בתהליך קטליטי.

לפעמים משתמשים במונח "קטליזה" כדי להתייחס לתגובה בה נצרך חומר (למשל, הידרוליזה של אסתר בסיס-זרז). על פי IUPAC, זהו שימוש שגוי במונח. במצב זה יש לכנות את החומר שנוסף לתגובה מפעיל ולא זרז.

טעימות עיקריות: מהי קטליזה?

זרז מציע מצב מעבר שונה לתגובה כימית, עם אנרגיית הפעלה נמוכה יותר. התנגשויות בין מולקולות מגיבות עשויות להשיג את האנרגיה הדרושה ליצירת מוצרים מאשר ללא נוכחות הזרז. במקרים מסוימים, אחת ההשפעות של הקטליזה היא להוריד את הטמפרטורה שבה התהליך יעבור.

הקטליזה אינה משנה את שיווי המשקל הכימי מכיוון שהיא משפיעה על קצב התגובה קדימה וגם הפוך. זה לא משנה את קבוע שיווי המשקל. באופן דומה, התשואה התיאורטית של תגובה אינה מושפעת.

ניתן להשתמש במגוון רחב של כימיקלים כזרזים. לתגובות כימיות הכרוכות במים, כגון הידרוליזה והתייבשות, חומצות הפרוטון נפוצות. מוצקים המשמשים כזרזים כוללים זאוליטים, אלומינה, פחמן גרפי וננו-חלקיקים. מתכות מעבר (למשל, ניקל) משמשות לרוב כדי לזרז תגובות של רדוקס. תגובות סינתזה אורגניות יכולות להיות מנותחות באמצעות מתכות אצילות או "מתכות מעבר מאוחרות", כגון פלטינה, זהב, פלדיום, אירידיום, רותניום או רודיום.

שתי הקטגוריות העיקריות של זרזים הם זרזים הטרוגניים וזרזים הומוגניים. ניתן לראות באנזימים או ביו-קטליסטים כקבוצה נפרדת או כשייכים לאחת משתי הקבוצות העיקריות.

זרזים הטרוגניים הם אלה שקיימים בשלב שונה מהתגובה המוזרמת. לדוגמא, זרזים מוצקים מזרזים את התגובה בתערובת של נוזלים ו / או גזים הם זרזים הטרוגניים. שטח הפנים הוא קריטי לתפקודו של זרז מסוג זה.

זרזים הומוגניים קיימים באותו שלב כמו המגיבים בתגובה הכימית. זרזים אורגנו-מתכתיים הם סוג אחד של זרז הומוגני.

אנזימים הם זרזים מבוססי חלבון. הם סוג אחד של ביו-קטליסט. אנזימים מסיסים הם זרזים הומוגניים ואילו אנזימים הקשורים לממברנה הם זרזים הטרוגניים. ביו-קטליזה משמשת לסינתזה מסחרית של אקרילאמיד וסירופ תירס עתיר פרוקטוז.

ניתוחים טרום-לידיים הם חומרים שהופכים לזרזים במהלך תגובה כימית. יכולה להיות תקופת אינדוקציה בזמן שהזרועות המוקדמות לדם הופכות להיות זרזים.

זרזים משותפים ו מקדמים הם שמות שניתנים למינים כימיים המסייעים לפעילות קטליטית. כאשר משתמשים בחומרים אלה נקרא התהליך קטליזה שיתופית.

• IUPAC (1997). קומפנדיום לטרמינולוגיה כימית (מהדורה שנייה) ("ספר הזהב"). doi:10.1351 / חוברת זהב. C00876
• קנוזינגר, הלמוט וקוכלופל, קארל (2002). "קטליזה הטרוגנית וזרזים מוצקים" בשנת אנציקלופדיה של כימיה תעשייתית של אולמן. Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002 / 14356007.a05_313
• ליידלר, ק. ג'. ו- Meiser, J.H. (1982). כימיה פיזיקלית. בנימין / קאמינגס. ISBN 0-618-12341-5.
• מזל, ריצ'רד הראשון. (2001). קינטיקה כימית וקטליזה. Wiley-Interscience, ניו יורק. ISBN 0-471-24197-0.
• Matthiesen J, Wendt S, Hansen JØ, Madsen GK, Lira E, Galliker P, Vestergaard EK, Schaub R, Laegsgaard E, האמר B, Besenbacher F (2009). "תצפית על כל השלבים הביניים של תגובה כימית על משטח תחמוצת באמצעות סריקת מיקרוסקופיית מנהרות.". ACS ננו. 3 (3): 517–26. doi:10.1021 / nn8008245