Xúc Tác Là Gì Và Như Thế Nào Làm Việc?

Xúc tác được định nghĩa là tăng tốc độ của một phản ứng hóa học bằng cách đưa vào một chất xúc tác . Ngược lại, chất xúc tác là một chất không bị tiêu hao bởi phản ứng hóa học , nhưng có tác dụng làm giảm năng lượng hoạt hóa của nó . Nói cách khác, chất xúc tác vừa là chất phản ứng vừa là sản phẩm của phản ứng hóa học. Thông thường, chỉ cần một lượng rất nhỏ chất xúc tác để xúc tác một phản ứng.

Đơn vị SI cho xúc tác là katal. Đây là một đơn vị dẫn xuất là mol trên giây. Khi các enzym xúc tác một phản ứng, đơn vị được ưu tiên là đơn vị enzym. Hiệu quả của chất xúc tác có thể được biểu thị bằng cách sử dụng số vòng quay (TON) hoặc tần suất quay vòng (TOF), là TON trên một đơn vị thời gian.

Xúc tác là một quá trình quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất. Người ta ước tính rằng 90% hóa chất sản xuất thương mại được tổng hợp thông qua quá trình xúc tác.

Đôi khi thuật ngữ "xúc tác" được sử dụng để chỉ phản ứng trong đó một chất được tiêu thụ (ví dụ: thủy phân este có xúc tác bazơ). Theo IUPAC , đây là cách sử dụng thuật ngữ không chính xác. Trong tình huống này, chất được thêm vào phản ứng nên được gọi là chất hoạt hóa hơn là chất xúc tác.

Bài học rút ra chính: Xúc tác là gì?

• Xúc tác là quá trình tăng tốc độ của một phản ứng hóa học bằng cách thêm chất xúc tác vào nó.
• Chất xúc tác vừa là chất phản ứng vừa là sản phẩm trong phản ứng nên không bị tiêu hao.
• Xúc tác hoạt động bằng cách làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, làm cho nó thuận lợi hơn về mặt nhiệt động lực học.
• Xúc tác là quan trọng! Khoảng 90% hóa chất thương mại được điều chế bằng cách sử dụng chất xúc tác.

Cách thức hoạt động của xúc tác

Một chất xúc tác cung cấp một trạng thái chuyển tiếp khác cho một phản ứng hóa học, với năng lượng hoạt hóa thấp hơn. Sự va chạm giữa các phân tử chất phản ứng có nhiều khả năng đạt được năng lượng cần thiết để tạo thành sản phẩm hơn là không có sự hiện diện của chất xúc tác. Trong một số trường hợp, một tác dụng của xúc tác là làm giảm nhiệt độ tại đó phản ứng sẽ xảy ra.

Xúc tác không làm thay đổi cân bằng hóa học vì nó ảnh hưởng đến cả tốc độ thuận và nghịch của phản ứng. Nó không làm thay đổi hằng số cân bằng. Tương tự, hiệu suất lý thuyết của một phản ứng không bị ảnh hưởng.

Ví dụ về chất xúc tác

Nhiều loại hóa chất có thể được sử dụng làm chất xúc tác. Đối với các phản ứng hóa học liên quan đến nước, chẳng hạn như thủy phân và khử nước, axit proton thường được sử dụng. Chất rắn được sử dụng làm chất xúc tác bao gồm zeolit, alumin, than chì và các hạt nano. Kim loại chuyển tiếp (ví dụ, niken) thường được sử dụng để xúc tác các phản ứng oxy hóa khử. Các phản ứng tổng hợp hữu cơ có thể được xúc tác bằng cách sử dụng các kim loại quý hoặc "kim loại chuyển tiếp muộn", chẳng hạn như bạch kim, vàng, paladi, iridi, ruthenium hoặc rhodium.

Các loại chất xúc tác

Hai loại chất xúc tác chính là chất xúc tác dị thể và chất xúc tác đồng thể. Enzyme hoặc chất xúc tác sinh học có thể được xem như một nhóm riêng biệt hoặc thuộc một trong hai nhóm chính.

Chất xúc tác dị thể là chất tồn tại ở pha khác với phản ứng được xúc tác. Ví dụ, chất xúc tác rắn xúc tác một phản ứng trong hỗn hợp chất lỏng và / hoặc chất khí là chất xúc tác dị thể. Diện tích bề mặt rất quan trọng đối với hoạt động của loại chất xúc tác này.

Chất xúc tác đồng thể tồn tại cùng pha với chất phản ứng trong phản ứng hóa học. Chất xúc tác cơ kim là một loại chất xúc tác đồng thể.

Enzyme là chất xúc tác dựa trên protein. Chúng là một loại chất xúc tác sinh học . Enzyme hòa tan là chất xúc tác đồng thể, trong khi enzyme liên kết màng là chất xúc tác dị thể. Thẩm phân sinh học được sử dụng để tổng hợp thương mại acrylamide và xi-rô ngô có hàm lượng fructose cao.

Điều khoản liên quan

Chất tiền xúc tác là những chất chuyển đổi để trở thành chất xúc tác trong một phản ứng hóa học. Có thể có một giai đoạn cảm ứng trong khi các chất tiền xúc tác được kích hoạt để trở thành chất xúc tác.

Đồng chất xúc tác và chất xúc tiến là tên được đặt cho các loài hóa học hỗ trợ hoạt động xúc tác. Khi các chất này được sử dụng, quá trình này được gọi là xúc tác hợp tác .

Nguồn

• IUPAC (1997). Tổng hợp thuật ngữ hóa học (xuất bản lần thứ 2) ("Sách vàng"). doi: 10.1351 / goldbook.C00876
• Knözinger, Helmut và Kochloefl, Karl (2002). "Chất xúc tác không đồng nhất và chất xúc tác rắn" trong Bách khoa toàn thư về hóa học công nghiệp của Ullmann . Wiley-VCH, Weinheim. doi: 10.1002 / 14356007.a05_313
• Laidler, KJ và Meiser, JH (1982). Hóa lý . Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
• Masel, Richard I. (2001). Động học hóa học và xúc tác . 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). "Quan sát tất cả các bước trung gian của phản ứng hóa học trên bề mặt ôxít bằng phương pháp hiển vi quét đường hầm.". ACS Nano . 3 (3): 517–26. doi: 10.1021 / nn8008245