Катализ

Катализ Определение и принципы катализа Катализ увеличивает скорость химической реакции за счет добавления катализатора.   Катализаторы не расходуются и остаются неизменными […]

Катализ

  • Определение и принципы катализа

    • Катализ увеличивает скорость химической реакции за счет добавления катализатора.  
    • Катализаторы не расходуются и остаются неизменными после реакции.  
    • Перемешивание, площадь поверхности и температура влияют на скорость реакции.  
    • Катализаторы вступают в реакцию с реагентами, образуя промежуточные продукты.  
  • Классификация катализа

    • Катализ может быть гомогенным или гетерогенным.  
    • Гомогенный катализ происходит в той же фазе, что и реагенты.  
    • Гетерогенный катализ происходит в разных фазах.  
    • Ферменты и биокатализаторы относятся к третьей категории.  
  • Примеры и механизмы

    • Пример гомогенного катализа: разложение перекиси водорода с помощью диоксида марганца.  
    • Пример гетерогенного катализа: реакция кислорода и водорода на поверхности диоксида титана.  
    • Катализаторы обеспечивают альтернативный механизм реакции с более низкой энергией активации.  
  • Реактивная энергетика и термодинамика

    • Катализаторы не изменяют химическое равновесие реакции.  
    • Второй закон термодинамики объясняет, почему катализаторы не изменяют равновесие.  
    • Катализаторы стабилизируют переходное состояние, уменьшая кинетический барьер.  
  • Связанные понятия

    • Прекатализаторы превращаются в катализаторы в ходе реакции.  
    • Совместный катализ включает сокатализаторы или промоторы.  
    • Тандемный катализ использует два или более катализатора в одном реакторе.  
    • Автокатализ: катализатор является продуктом реакции.  
    • Переключаемый катализ: катализатор может переключаться между различными состояниями.  
    • Расходуемый катализатор: расходуется в ходе реакции и регенерирует истинный катализатор.  
  • Классификация и применение

    • Катализ широко распространен в химической промышленности.  
    • 90% химических продуктов содержат катализаторы.  
    • Термин «катализатор» происходит от греческого καταλίειν.  
    • Катализ используется для уменьшения загрязнения воздуха и получения полезных материалов.  
  • Гетерогенные катализаторы

    • Важные катализаторы: цеолиты, оксид алюминия, оксиды высших порядков, графитовый углерод, оксиды переходных металлов  
    • Механизмы реакций: Ленгмюра-Хиншелвуда, Эли-Ридила, Марса-ван Кревелена  
    • Площадь поверхности влияет на скорость реакции  
    • Активные центры: атомы или грани кристаллов  
    • Примеры: катализатор для процесса Хабера, окисление диоксида серы оксидом ванадия  
  • Электрокатализаторы

    • Используются в топливных элементах  
    • Наночастицы платины на углероде  
    • Увеличивают скорость восстановления кислорода  
  • Гомогенные катализаторы

    • Функционируют в той же фазе, что и реагенты  
    • Примеры: влияние Н+ на этерификацию карбоновых кислот  
    • Примеры крупномасштабных процессов: гидроформилирование, гидросилилирование, гидроцианирование  
  • Органокатализ

    • Органические молекулы могут проявлять каталитические свойства  
    • Примеры: пролин, DMAP, тиомочевинный органокатализ  
    • Нобелевская премия по химии 2021 года за асимметричный органокатализ  
  • Фотокатализаторы

    • Катализаторы получают свет для создания возбужденного состояния  
    • Синглетный кислород образуется при фотокатализе  
    • Используются в солнечных элементах  
  • Ферменты и биокатализаторы

    • Ферменты: белковые катализаторы метаболизма  
    • Биокатализаторы: рибозимы, синтетические дезоксирибозимы  
    • Активность зависит от температуры, рН, концентрации ферментов, субстрата и продуктов  
    • Примеры: кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы, акриламид  
  • Значимость катализа

    • 90% химических продуктов содержат катализаторы  
    • Каталитические процессы приносят около 900 миллиардов долларов в год  
    • Примеры: нефтепереработка, выхлопные газы, синтетическое топливо, биодизельное топливо, топливные элементы, каталитические нагреватели  
  • Сыпучие химикаты

    • Производство азотной кислоты, серной кислоты, терефталевой кислоты, акриловой кислоты, акрилонитрила  
    • Производство аммиака, метанола, объемных полимеров, сложных полиэфиров, полиамидов, изоцианатов  
  • Тонкие химикаты

    • Высокодисперсные химические вещества получают с помощью катализа  
    • Примеры: реакция Хека, реакция Фриделя-Крафтса  
    • Энантиоселективный катализ для фармацевтических препаратов  
  • Пищевая промышленность

    • Гидрирование жиров для производства маргарина  
    • Биокатализаторы для производства пищевых продуктов  
  • Окружающая среда

    • Каталитические нейтрализаторы для выхлопных газов  
    • Биокатализаторы для переработки отходов  
  • История катализа

    • Термин «катализатор» происходит от греческого καταλίειν, что означает «отменять» или «поднимать».  
    • Концепция катализа была изобретена Элизабет Фулхейм в 1794 году.  
    • Первая химическая реакция с использованием катализатора была изучена Готлибом Кирхгофом в 1811 году.  
    • Термин «катализ» был использован Йенсом Якобом Берцелиусом в 1835 году.  
  • Ингибиторы, яды и промоторы

    • Ингибиторы снижают скорость реакции, если они обратимы, и отравляют катализатор, если необратимы.  
    • Промоторы повышают каталитическую активность, но сами не являются катализаторами.  
    • Ингибиторы могут изменять селективность реакции.  
  • Примеры катализа

    • Каталитическая роль свободных радикалов хлора в разрушении озона.  
    • Катализ в промышленности, включая гидрирование и олигомеризацию.  
    • Катализ в биологии, например, ферментативный катализ.  
  • Современные исследования

    • Современные исследования включают изучение каталитического резонанса и электрокатализа.  
    • Катализ на границе раздела фаз и фотокатализ также активно изучаются.  
    • Катализ играет важную роль в экологии и фармацевтике.  

Полный текст статьи:

Катализ

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх