کاتالیزورcatalyst

عده ای از عناصر و ترکیبات به دلیل داشتن خواص ویژه می­ توانند سرعت برخی از واکنش­ های شیمیایی را شدیدا تحت تاثیر خود قرار دهند، اینگونه ترکیبات به طور اختیاری یا اتفاقی در محیط واکنش قرار می­ گیرند و بدون شرکت مستقیم در واکنش باعث تغییر سرعت واکنش می­شوند. این تغییرات موقتی هستند و دوباره به حالت اولیه برگردانده می­شوند. طبق نظریه استوالد کاتالیزور به موادی اطلاق می­ شود که هیچگونه اثری بر مواد حاصل از واکنش و یا وضعیت تعادلی آن نداشته، بلکه فقط روی سرعت واکنش تاثیر میگذارند.
فعالیت کاتالیزورها عموما بسیار اختصاصی است. در بعضی موارد یک ماده معین ممکن است سنتز یک دسته از محصولات را از مواد اولیه خاصی کاتالیز کند، در صورتیکه ماده­ی دیگری ممکن است سنتز محصولات کاملا متفاوتی را از همان مواد اولیه کاتالیز کند.
برای انجام هر واکنش فقط مقدار اندکی از کاتالیزور نیاز است. بنابراین نقش کاتالیزور، ایجاد مسیری جدید است که واکنش از طریق آن میتواند صورت گیرد. در حضور کاتالیزور انرژی فعالسازی کل برای یک مسیر کاتالیز شده کمتر از این انرژی برای مسیر کاتالیز نشده است. در واقع کاتالیزور سطح انرژی پیچیده فعال را کاهش میدهد و سرعت های رفت و برگشت یک واکنش را به یک میزان افزایش می­دهد. پس بر ثابت تعادل و خود تعادل موثر نیست و تنها سرعت رسیدن به تعادل را افزایش می­دهد.
کاتالیزوز در استوکیومتری واکنش اثری ندارد به همین دلیل آن را بالای پیکان در معادله واکنش نشان می­دهند.
دسته بندی کاتالیزورها
۱- کاتالیزورهای همگن: واکنش کاتالیز شده در یک فاز انجام می­ شود. عده زیادی از واکنش­ ها در فاز گاز یا محلول­ها انجام می­شوند. برای مثال واکنش استری شدن اسیدها با الکل­ ها، هیدرولیز استرها، واکنش تبدیل ساگاروز و نظایر آنها به وسیله یون­ های هیدرونیوم تسریع می شوند. علاوه بر آن واکنش پلیمری شدن آلکن­ ها به کمک اسید سولفوریک در فاز مایع، پلیمری شدن آلکن­ها در حضور تری فلوئورید بور در فاز مایع یا گاز، تجزیه آب اکسیژنه در حضور یونهای محلول، تجزیه گرمایی دی اتیل اتر در مجاورت ید در فاز گازی در ردیف واکنش های کاتالیز شده همگن هستند.
۲- کاتالیزورهای ناهمگن: مواد واکنش دهنده و کاتالیزور در فازهای مختلف قرار دارند. در این فرایند مولکول­های واکنش دهنده بر سطح کاتالیزور جذب می شوند و واکنش در سطح آن انجام می شود.
جذب سطحی فرایندی است که در آن مولکول ها بر سطح یک جامد می­چسبند به عنوان مثال از زغال در ماسک های گازی به عنوان جاذب گازهای زیان آور استفاده میشود. در جذب سطحی فیزیکی معمولا مولکول ها از طریق نیروهای لاندن در سطح جاذب نگهداشته میشوند. در این جذب تغییر ماهیتی در ماده پدید نمی­اید و به دلیل برهم کنش واندوالس میان مولکول های جذب شده با دیگر مولکول های ظرف، ممکن است لایه دوم و سوم نیز پدید آید.
اما کاتالیز شدن ناهمگن معمولا از طریق جذب سطحی شیمیایی انجام می­ شود. جذب شیمیایی همواره تک لایه رخ می­دهد. مواد جذب شده روی سطح با پیوند شیمیایی به سطح می ­چسبند تا با یکدیگر واکنش داده و فراورده تولید کنند. با تشکیل این پیوندها تغییراتی در آرایش الکترونی مولکول های جذب شده ایجاد می­ شود. بعضی از پیوندهای مولکول ها ممکن است کشیده شده و ضعیف شوند و یا در مواردی هم شکسته شوند مثلا گمان میرود که مولکول های هیدروژن به صورت اتمهای هیدروژن در سطح پلاتین، پالادیوم، نیکل و سایر فلزات جذب شوند. از این رو، لایه مولکول ها و اتم ها که جذب سطحی شیمیایی شده اند، به عنوان واسط شیمیایی در واکنش کاتالیز شده سطحی عمل می­ کنند.
مراجع
۱- شیمی فیزیک (۲)- دکتر حسین آقائی- دانشگاه پیام نور، ۱۳۸۰
۲- شیمی فیزیک، دکتر علیرضا عابدین، پوران پژوهش، بهار ۱۳۹۳
۳-شیمی عمومی(چارلز مورتیمر)، ترجمه علی پورجوادی و همکاران، مرکز نشر دانشگاهی، ۱۳۸۴
۴- فرهنگ توصیفی شیمی، پرویز بالازاده، موسسه فرهنگ معاصر، ۱۳۸۶