Život

Definícia katalyzátorov a spôsob ich fungovania

Definícia katalyzátorov a spôsob ich fungovania

Katalyzátor je chemická látka, ktorá ovplyvňuje rýchlosť chemickej reakcie zmenou aktivačnej energie potrebnej na uskutočnenie reakcie. Tento proces sa nazýva katalýza. Katalyzátor sa pri reakcii nespotrebuje a môže sa zúčastňovať na viacerých reakciách naraz. Jediným rozdielom medzi katalyzovanou reakciou a nekatalyzovanou reakciou je to, že aktivačná energia je iná. Na energiu reaktantov alebo produktov nemá žiadny vplyv. AH pre reakcie je rovnaká.

Ako fungujú katalyzátory

Katalyzátory umožňujú alternatívny mechanizmus, aby sa reaktanty stali produktmi, s nižšou aktivačnou energiou a rôznym prechodným stavom. Katalyzátor môže umožniť reakciu prebiehať pri nižšej teplote alebo zvýšiť reakčnú rýchlosť alebo selektivitu. Katalyzátory často reagujú s reaktantmi za vzniku medziproduktov, ktoré nakoniec poskytujú rovnaké reakčné produkty a regenerujú katalyzátor. Všimnite si, že katalyzátor sa môže spotrebovať počas jedného z medziproduktov, ale bude vytvorený znova pred dokončením reakcie.

Pozitívne a negatívne katalyzátory (inhibítory)

Zvyčajne, keď niekto odkazuje na katalyzátor, znamenajú a pozitívny katalyzátor, čo je katalyzátor, ktorý zrýchľuje rýchlosť chemickej reakcie znížením aktivačnej energie. Existujú tiež negatívne katalyzátory alebo inhibítory, ktoré spomaľujú rýchlosť chemickej reakcie alebo znižujú jej pravdepodobnosť.

Promótory a katalytické jedy

Promótor je látka, ktorá zvyšuje aktivitu katalyzátora. Katalytický jed je látka, ktorá inaktivuje katalyzátor.

Katalyzátory v akcii

  • Enzýmy sú reakčne špecifické biologické katalyzátory. Reagujú so substrátom a tvoria nestabilnú medziprodukt. Napríklad karboanhydráza katalyzuje reakciu:
    H2CO3(aq) = H2O (l) + CO2(Aq)
    Enzým umožňuje rýchlejšiu reakciu dosiahnuť rovnováhu. V prípade tejto reakcie umožňuje enzým difúziu oxidu uhličitého z krvi do pľúc, aby sa mohol vydýchnuť.
  • Manganistan draselný je katalyzátorom rozkladu peroxidu vodíka na plynný kyslík a vodu. Pridanie manganistanu draselného zvyšuje teplotu reakcie a jej rýchlosť.
  • Niekoľko prechodných kovov môže pôsobiť ako katalyzátory. Dobrým príkladom platiny v katalyzátore automobilu. Katalyzátor umožňuje premeniť toxický oxid uhoľnatý na menej toxický oxid uhličitý. Toto je príklad heterogénnej katalýzy.
  • Klasickým príkladom reakcie, ktorá neprebieha znateľnou rýchlosťou, kým sa nepridá katalyzátor, je reakcia medzi plynným vodíkom a plynným kyslíkom. Ak zmiešate tieto dva plyny spolu, nič sa nestane. Ak však pridáte teplo zo zapáleného zápasu alebo iskry, prekonáte aktivačnú energiu, aby ste mohli začať reakciu. V tejto reakcii dva plyny reagujú na výrobu vody (výbušne).
    H2 + O2 ↔ H2O
  • Spaľovacia reakcia je podobná. Napríklad pri horení sviečky prekonáte aktivačnú energiu pôsobením tepla. Len čo reakcia začne, teplo uvoľnené z reakcie prekonáva aktivačnú energiu potrebnú na to, aby mohla pokračovať.