مثال: هیدروژناسیون اتن به اتان در سطح نیکل.

مولکول های اتر و هیدروژن بر روی سطح کاتالیزور جذب می شوند. هیدروژن بیشتر مرکز فعال سازی را اشغال می کند و به عنوان انسداد شناخته می شود. مولکول اتان به منطقه پیوند دوگانه خود حمله می کند و یک کمپلکس فعال را تشکیل می دهد. اتر با هیدروژن فعال واکنش داده و اتان تشکیل می دهد. اتان به سرعت از سطح کاتالیزور دفع می شود.

کاتالیست همگن

در واکنشی که کاتالیزور استفاده شده در واکنش و واکنش دهنده ها در یک حالت مشابه از ماده هستند ، از این فرآیند به عنوان کاتالیز همگن یاد می شود. در این فرآیند واکنش دهنده ها و کاتالیزورهای همگن در یک فاز عمل می کنند.

معمولاً کاتالیزورهای همگن با سوبستراها  در یک حلال حل می شوند. اثر H + در استری شدن اسیدهای کربوکسیلیک ، مانند تشکیل متیل استات از اسید استیک و متانول ، یکی از نمونه های کاتالیز همگن است. هیدروفورمیلاسیون ، هیدروسیلیلاسیون ، هیدروسیاناسیون شامل فرآیندهای با حجم بالا و نیازمند  کاتالیزور همگن هستند.

کاتالیز همگن غالباً مترادف با کاتالیزورهای ارگانو متالیک برای شیمی دانان غیر آلی است. با این حال ، بسیاری از کاتالیزورهای همگن فلزی نیستند ، همانطور که با استفاده از نمک های کبالت اکسیداسیون p- زایلن به اسید ترفتالیک کاتالیز می شود.

کاتالیست چیست و چه نقشی در واکنش های شیمیایی دارد؟

بهتر است بدانید:

در حالی که در مطالعه کاتالیسیت ها  فلزات انتقالی توجه زیادی را به خود جلب می کنند ، مولکولهای آلی کوچک بدون فلزات نیز ممکن است خواص کاتالیزوری از خود نشان دهند  و عدم وجود فلزات انتقالی نیز در بسیاری از آنزیم ها مشهود است.

کاتالیزورهای آلی معمولاً نسبت به کاتالیزورهای پایه فلزات انتقالی (-یون) به مقدار بیشتری (مقدار کاتالیزور در واحد مقدار واکنش دهنده) مورد نیاز هستند، اما این کاتالیزورها به صورت عمده در بازار خرید و روش می شوند و به کاهش هزینه ها کمک می کنند. قیمت کاتالیست بسته به نوع آن در بازار متفاوت است.

چنین کاتالیزورهای ارگانیکی در اوایل سال ۲۰۰۰  به عنوان یک “نژاد جدید” در نظر گرفته شده و با کاتالیزورهای معمولی حاوی فلز (-یون) قابل رقابت هستند.

مثال: هیدرولیز استات اتیل در حضور اسید رقیق.

اتیل استات مایعی است که شامل یک گروه عملکردی استر است. این ماده در حضور اسید سولفوریک رقیق برای تولید الکل اتیل و اسید استیک  با آب واکنش می دهد. در این فرآیند واکنش دهنده و کاتالیزور در یک فاز هستند.

CH۳​COOC۲​H۵​+H۲​OCl⟶ CH۳​COOHCl+C۲​H۵​OHCl

مکانیسم کاتالیست همگن

کاتالیست همگن توسط یک واسطه میانی در واکنش عمل می کند . اجازه دهید ما با استفاده از فرآیند اکسیداسیون SO2 به SO3 را در یک محفظه سربی این فرآیند را توضیح بدهیم. در این واکنش  گاز اکسید نیتریک کاتالیزور است. NO ابتدا با SO2 واکنش داده و SO2 و “NO2” را به عنوان یک ترکیب میانی تشکیل می دهد.

۲SO۲​(g)+O۲​(g)⟶ ۲SO۳​ g

در مرحله اول اکسید نیتریک با اکسیژن ترکیب شده و دی اکسید نیتروژن (NO2) ایجاد می کند.  سپس NO2 به عنوان یک ترکیب واسطه عمل می کند  که با SO2 واکنش داده و تری اکسید گوگرد و NO را تشکیل می دهد.

(۲NO(g) + O_۲(g) → ۲NO_۲(g

(۲SO_۲ + ۲NO_۲ → ۲SO_۳(g) + 2NO(g

کاتالیست خودکار

در واکنش اتوکاتالیستی هیچ کاتالیزور خاصی به واکنش اضافه نمی شود. در عوض ، یکی از محصولات به عنوان کاتالیزور عمل می کند و سرعت تشکیل محصولات را افزایش می دهد.

مثال ۱: تجزیه آرسن (AsH3) توسط آرسنیک تشکیل شده در راکتور “اتوکاتالیست” است.

۲As H_۳ → ۲As + 3H_۲

مثال ۲: اکسیداسیون اسید اگزالیک توسط  KMnO4

هنگامی که پرمنگنات به محلول اسیدی اضافه می شود ، اکسیداسیون یون های اگزالات (یا اسید اگزالیک) رخ می دهد. این واکنش منجر به تشکیل یونهای Mn+2 می شود و واکنش را به صورت خودکار کاتالیز می کند. سرعت واکنش بین پرمنگنات پتاسیم و محلول اسید اگزالات در ابتدا کند است. یونهای Mn+2 که در طی واکنش ایجاد می شوند ، به افزایش سرعت واکنش کمک می کنند.

کاتالیست چیست و چه نقشی در واکنش های شیمیایی دارد؟

کاتالیست‌ زیستی

کاتالیزورهای زیستی آنزیم‌هایی هستند که واکنش‌های بیوشیمیایی بدن را کاتالیز می کنند. اکثر آنزیم‌ها ساختار پروتئینی دارند و بر اساس واکنشی که کاتالیز می کنند نام های مختلفی دارند.

کاتالیست پتروشیمی چیست؟

کاتالیست ها از مهمترین و کلیدی ترین ترکیبات برای عملیات صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و شیمیایی کشورها هستند و با توجه به اینکه کاتالیست ها نقش مهمی  در تولید انواع سوخت ها و بسیاری از فرآورده های میانی و نهایی دارند اهمیت آنها به طور روز افزونی در حال افزایش است و دانشمندان در پی کشف کاتالیزورهای بهتر با هزینه های مقرون به صرفه هستند.