✖


Jump to content

Катализ

(Перенаправлено из катализера )
«Катализатор» перенаправляет здесь. Для других видов использования см. Catalyst (устранение неоднозначности) .
Не путать с каталистом или каталистисом .
Для стадии метаболизма см. Катаболизм .

Ряд промышленных катализаторов в форме гранулы
Воздушный фильтр , который использует низкотемпературный катализатор окисления для преобразования угарного газа в меньший токсичный диоксид углерода при комнатной температуре. Это также может удалить формальдегид из воздуха.

Катализ ( / k ə ˈ t æ l ə s ɪ s / ) - это увеличение скорости химической реакции из -за добавленного вещества, известного как катализатор [ 1 ] [ 2 ] ( / ˈ K æ T əl ɪ S T / ). Катализаторы не потребляются реакцией и остаются неизменными после этого. [ 3 ] Если реакция быстрая, а катализатор быстро перерабатывает, часто очень небольших количеств катализатора часто достаточно; [ 4 ] Смешивание, площадь поверхности и температура являются важными факторами в скорости реакции. Катализаторы обычно реагируют с одним или несколькими реагентами с образованием промежуточных соединений , которые впоследствии дают конечный продукт реакции, в процессе восстановления катализатора.

Увеличение скорости происходит потому, что катализатор позволяет реакции возникать альтернативным механизмом, который может быть намного быстрее, чем не катализируемый механизм. Однако некатализированный механизм остается возможным, так что общая скорость (катализируемая плюс не катализируемый) может только увеличиваться в присутствии катализатора и никогда не уменьшаться. [ 5 ]

Катализ может быть классифицирован как гомогенный , компоненты которых диспергируются в одной и той же фазе (обычно газообразной или жидкости), что и реагент, или гетерогенные , компоненты которых не находятся в одной фазе. Ферменты и другие биокатализаторы часто рассматриваются как третья категория.

Катализ вездесущ в химической промышленности всех видов. [ 6 ] По оценкам, 90% всех коммерчески произведенных химических продуктов включают катализаторы на некотором этапе процесса их производства.

Термин «катализатор» получен из греческого καταλύειν , kataluein , что означает «ослабление» или «разоблачение». Концепция катализа была изобретена химикой Элизабет Фуаме , основанной на ее новой работе по экспериментам по снижению окисления. [ 7 ] [ 8 ]

Общие принципы

[ редактировать ]

Пример

[ редактировать ]

Иллюстративным примером является влияние катализаторов для ускорения разложения перекиси водорода в воду и кислород :

2 H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2

Эта реакция проходит, потому что продукты реакции более стабильны, чем стартовое соединение, но это разложение настолько медленное, что растворы перекиси водорода имеются в коммерчески доступных. В присутствии катализатора, такого как диоксид марганца эта реакция продолжается гораздо быстрее. Этот эффект легко наблюдается из -за шипения кислорода. [ 9 ] Катализатор не потребляется в реакции и может быть восстановлен без изменений и повторно используется на неопределенный срок. Соответственно, диоксид марганца, как говорят, катализирует эту реакцию. У живых организмов эта реакция катализируется ферментами (белки, которые служат катализаторами), такими как каталаза .

Другим примером является влияние катализаторов на загрязнение воздуха и уменьшение количества окиси углерода. Разработка активных и селективных катализаторов для превращения угарного газа в желаемые продукты является одной из наиболее важных ролей катализаторов. Использование катализаторов для гидрирования угарного газа помогает удалить этот токсичный газ, а также получить полезные материалы. [ 10 ]

Единицы

[ редактировать ]

для Полученная единица Si измерения каталитической активности катализатора - это катал , который количественно определяется в молях в секунду. Продуктивность катализатора может быть описана по номеру оборота (или тонну) и каталитической активностью по поводу частоты (TOF), которая представляет собой тонну за время. Биохимический эквивалент - это фермент . Для получения дополнительной информации об эффективности ферментативного катализа, см. Статью об ферментах .

Механизмы каталитической реакции

[ редактировать ]
Основная статья: каталитический цикл

В целом, химические реакции встречаются быстрее в присутствии катализатора, поскольку катализатор обеспечивает альтернативный механизм реакции (путь реакции), имеющий более низкую энергию активации , чем не катализируемый механизм. В катализируемых механизмах катализатор восстанавливается. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

В качестве простого примера, возникающего в газовой фазе, реакция 2 SO 2 + O 2 → 2, поэтому 3 может быть катализирована путем добавления оксида азота . Реакция происходит в двух этапах:

2   Нет + O 2 → 2   NO 2 (определение скорости)
Нет 2 + SO 2 → NO + SO 3 (быстро)

Катализатор не восстанавливается. Общая скорость - это скорость медленного шага [ 14 ]

v = 2k 1 [NO] 2 [O 2 ].

Примером гетерогенного катализа является реакция кислорода и водорода на поверхности диоксида титана (TIO 2 или титана ) на производство воды. Сканирующая туннельная микроскопия показала, что молекулы подвергаются адсорбции и диссоциации . Диссоциированные, поверхностные атомы O и H диффундируют вместе. Промежуточные состояния реакции: HO 2 , H 2 O 2 , затем H 3 O 2 и продукт реакции ( димеры молекулы воды ), после чего молекула воды десорбы с поверхности катализатора. [ 15 ] [ 16 ]

Энергетика реакции

[ редактировать ]
Общая потенциальная диаграмма энергии, показывающая влияние катализатора в гипотетической экзотермической химической реакции x + y, давая Z. Присутствие катализатора открывает другой путь реакции (показан красным) с более низкой энергией активации. Конечный результат и общая термодинамика одинаковы.

Катализаторы обеспечивают пути, которые отличаются от некатализированных реакций. Эти пути имеют более низкую энергию активации . Следовательно, больше молекулярных столкновений имеют энергию, необходимую для достижения переходного состояния . Следовательно, катализаторы могут включать реакции, которые в противном случае были бы заблокированы или замедлены кинетическим барьером. Катализатор может увеличить скорость реакции или селективность или обеспечить реакцию при более низких температурах. Этот эффект может быть проиллюстрирован с помощью диаграммы энергетического профиля .

В катализируемой элементарной реакции катализаторы не изменяют степень реакции: они не влияют на химическое равновесие реакции. Соотношение прямой и обратной скорости реакции не зависит (см. Также термодинамику ). Второй закон термодинамики описывает, почему катализатор не меняет химическое равновесие реакции. Предположим, был такой катализатор, который сдвинул равновесие. Представление катализатора в систему приведет к реакции на переход к новому равновесию, производя энергию. Производство энергии является необходимым результатом, поскольку реакции спонтанны, только если производится свободная энергия Гиббса , и если нет энергетического барьера, нет необходимости в катализаторе. Затем удаление катализатора также приведет к реакции, производящей энергию; т.е. добавление и его обратный процесс, удаление, оба производят энергию. Таким образом, катализатор, который мог бы изменить равновесие, будет вечным движением , что противоречит законам термодинамики. [ 17 ] Таким образом, катализаторы не изменяют постоянную равновесия. (Катализатор может, однако, может изменить равновесные концентрации, реагируя на последующей стадии. Затем он потребляется по мере прохождения реакции, и, таким образом, он также является реагентом. Иллюстративным является катализируемый основом гидролиз эфиров карбоновая , где полученная кислота немедленно реагирует. с базовым катализатором и, таким образом, равновесие реакции смещается в направлении гидролиза.)

Катализатор стабилизирует переходное состояние больше, чем стабилизирует начальный материал. Это уменьшает кинетический барьер, уменьшая разницу в энергии между начальным материалом и переходным состоянием. Он не меняет разницу в энергии между начальными материалами и продуктами (термодинамический барьер) или доступной энергией (это обеспечивается окружающей средой как тепло или свет).

[ редактировать ]

Некоторые так называемые катализаторы действительно предкатализаторы . Пратализаторы преобразуются в катализаторы в реакции. Например, катализатор Уилкинсона RHCL (PPH 3 ) 3 теряет один трифенилфосфинный лиганд, прежде чем входить в истинный каталитический цикл. Паркатализаторы легче хранить, но легко активируются на месте . Из -за этой стадии предварительной активации многие каталитические реакции включают индукционный период .

В кооперативном катализе химические виды, которые улучшают каталитическую активность, называются кокатализаторами или промоторами .

В тандемном катализе два или более разные катализаторы связаны в реакции с одним POT.

В автокатализе катализатор является продуктом общей реакции, в отличие от всех других типов катализа, рассматриваемых в этой статье. Самый простой пример автокатализа - это реакция типа A + B → 2 B, в одном или нескольких шагах. Общая реакция - это всего лишь a → b, так что B является продуктом. Но поскольку B также является реагентом, он может присутствовать в уравнении скорости и влиять на скорость реакции. По мере прохождения реакции концентрация B увеличивается и может ускорить реакцию в качестве катализатора. По сути, реакция ускоряется или автокатализируется. Примером является гидролиз эфира, такой как аспирин, до карбоновой кислоты и спирта . В отсутствие добавленных кислотных катализаторов продукт карбоновой кислоты катализирует гидролиз.

Переключаемый катализ относится к типу катализа, когда катализатор может быть переключен между различными основными состояниями, обладающими различной реакционной способностью, как правило, путем применения внешнего стимула. [ 18 ] Эта способность обратимо переключать катализатор позволяет обеспечить пространственно -временную контроль над каталитической активностью и селективностью. Внешние стимулы, используемые для переключения катализатора, могут включать изменения в температуру, pH, свет, [ 19 ] Электрические поля, или добавление химических агентов.

Настоящий катализатор может работать в тандеме с жертвенным катализатором . Истинный катализатор потребляется в элементарной реакции и превращается в дезактивированную форму. Жертвный катализатор восстанавливает истинный катализатор для другого цикла. Жертвный катализатор потребляется в реакции, и поэтому на самом деле это не катализатор, а реагент. Например, тетроксид осмия (OSO 4 ) является хорошим реагентом для дигидроксилирования, но он очень токсичен и дорогой. В дигидроксилировании UPJOHN в жертвенном катализаторе N-метилморфолина N-оксида (NMMO) регенерирует OSO 4 только каталитические величины OSO 4 , и необходимы .

Классификация

[ редактировать ]

Катализ может быть классифицирован как гомогенный или гетерогенный . - Гомогенный катализ это тот, чьи компоненты диспергируются в той же фазе (обычно газообразной или жидкости), что и молекулы реагента . Гетерогенный катализ - это тот, где компоненты реакции не находятся в одной фазе. Ферменты и другие биокатализаторы часто рассматриваются как третья категория. Подобные механистические принципы применимы к гетерогенному, однородному и биокатализу.

Гетерогенный катализ

[ редактировать ]
Основная статья: гетерогенный катализ
Микропористая молекулярная структура цеолита ZSM -5 используется в катализаторах, используемых на нефтеперерабатывающих заводах
Цеолиты экструдируются в виде гранулы для легкой обработки в каталитических реакторах.

Гетерогенные катализаторы действуют в другой фазе, чем реагенты . Большинство гетерогенных катализаторов представляют собой твердые вещества , которые действуют на субстратах в жидкой или газообразной реакционной смеси . Важные гетерогенные катализаторы включают цеолиты , глинозем , [ 20 ] Оксиды высшего порядка, графитный углерод, переходных металлов оксиды , металлы, такие как никель рани для гидрирования и оксид ванадия (V) для окисления диоксида серы в триоксид серы в процессе контакта . [ 21 ]

Разнообразные механизмы реакций на поверхности известны, в зависимости от того, как происходит адсорбция ( Langmuir-Hinshelwood , Eley-Rideal и Marsban Krevelen ). [ 22 ] Общая площадь поверхности твердого вещества оказывает важное влияние на скорость реакции. Чем меньше размер частиц катализатора, тем больше площадь поверхности для данной массы частиц.

Гетерогенный катализатор имеет активные сайты , которые представляют собой атомы или кристаллические грани, где на самом деле связывается субстрат. Активные участки представляют собой атомы, но часто описываются как фасфель (край, поверхность, шаг и т. Д.) Сплошного. Большая часть объема, но также большая часть поверхности гетерогенного катализатора может быть каталично неактивной. Выяснение природы активного сайта технически сложнее.

Например, катализатор процесса Haber для синтеза аммиака из азота и водорода часто описывается как железо . Но подробные исследования и многие оптимизации привели к катализаторам, которые представляют собой смеси железного-патассий-кальциум-алюминия оксида. [ 23 ] Реагирующие газы адсорбируют на активные участки на частицах железа. После физической адсорбирования реагенты частично или полностью диссоциации и образуют новые связи. Таким образом, особенно сильная тройная связь в азоте сломана, что было бы чрезвычайно редко в газовой фазе из -за ее высокой энергии активации. Таким образом, энергия активации общей реакции снижается, и скорость реакции увеличивается. [ 24 ] Другое место, где применяется гетерогенный катализатор, заключается в окислении диоксида серы на оксиде ванадия (V) для производства серной кислоты . [ 21 ] Многие гетерогенные катализаторы на самом деле являются наноматериалами.

Гетерогенные катализаторы обычно « поддерживаются », что означает, что катализатор рассеивается на втором материале, который повышает эффективность или сводит к минимуму его стоимость. Поддержки предотвращают или минимизируют агломерацию и спекание небольших частиц катализатора, вызывая большую площадь поверхности, таким образом, катализаторы обладают более высокой специфической активностью (на грамм) на поддержку. Иногда поддержка - это просто поверхность, на которой распространяется катализатор, чтобы увеличить площадь поверхности. Чаще всего взаимодействуют поддержка и катализатор, влияя на каталитическую реакцию. Поддержки также могут использоваться в синтезе наночастиц, предоставляя сайты для отдельных молекул катализатора для химического связывания. Опоры представляют собой пористые материалы с высокой площадью поверхности, чаще всего алюминия , цеолитов или различных видов активированного углерода . Специализированные опоры включают диоксид кремния , диоксид титана , карбонат кальция и сульфат бария . [ 25 ]

Электрокатализаторы

[ редактировать ]
Основная статья: Электрокатализатор

В контексте электрохимии , в частности, в инженерии топливных элементов , различные металлосодержащие катализаторы используются для повышения скорости половины реакций , составляющих топливные элементы. Один общий тип электрокатализатора топливного элемента основан на наночастицах платины , которые поддерживаются на немного больших частицах углерода . При контакте с одним из электродов в топливном элементе эта платина увеличивает скорость восстановления кислорода или до гидроксида или перекиси водорода .

Гомогенный катализ

[ редактировать ]
Основная статья: однородный катализ

Гомогенные катализаторы функционируют в той же фазе, что и реагенты. Обычно однородные катализаторы растворяются в растворителе с субстратами. Одним из примеров однородного катализа включает влияние H + о этерификации карбоновых кислот, таких как образование метилацетата из уксусной кислоты и метанола . [ 26 ] Высокие процессы, требующие гомогенного катализатора, включают гидроформилирование , гидросилирование , гидроцианацию . Для неорганических химиков гомогенный катализ часто является синонимом органометаллических катализаторов . [ 27 ] Однако многие гомогенные катализаторы не являются органометаллическими, что иллюстрируется использованием кобальта, которые катализируют окисление p-ксилола до терефталевой кислоты .

Органокатализ

[ редактировать ]
Основная статья: органокатализ

Принимая во внимание, что переходные металлы иногда привлекают большую часть внимания при изучении катализа, небольшие органические молекулы без металлов также могут проявлять каталитические свойства, что видно из того факта, что у многих ферментов отсутствуют переходные металлы. Как правило, органические катализаторы требуют более высокой нагрузки (количество катализаторов на единицу количества реагента, выраженного в моль% вещества ), чем катализаторы на основе переходных металлов (-ION), но эти катализаторы обычно доступны в объеме, помогая снизить расходы В начале 2000-х эти органокатализаторы считались «новым поколением» и конкурентоспособны традиционным катализаторам, содержащим традиционные металлы (-ION). Предполагается, что органокатализаторы работают, сродни без металла, используя, например, нековалентные взаимодействия, такие как водородные связи . Дисциплина органокатализ делится на применение ковалентного (например, пролина , DMAP ) и нековалентных (например, органокатализа ThioUREA ), относящихся к предпочтительному катализатору субстрата связывание и взаимодействие соответственно. Нобелевская премия по химии 2021 года была присуждена совместно с Бенджамином Списком и Дэвидом В.К. Макмиллан «за разработку асимметричного органокатализа». [ 28 ]

Фотокатализаторы

[ редактировать ]
Основная статья: фотокатализ

Фотокатализ - это явление, когда катализатор может получать свет, чтобы генерировать возбужденное состояние , которое влияет на окислительно -восстановительные реакции. [ 29 ] Синглет -кислород обычно производится с помощью фотокатализа. Фотокатализаторы представляют собой компоненты чувствительных к красителю солнечных элементов .

Ферменты и биокатализаторы

[ редактировать ]
Основная статья: Катализ ферментов

В биологии ферменты являются белковыми катализаторами в метаболизме и катаболизме . Большинство биокатализаторов являются ферментами, но другие небетральные классы биомолекул также демонстрируют каталитические свойства, включая рибозимы , и синтетические дезоксирибозимы . [ 30 ]

Биокатализаторы можно рассматривать как промежуточное здание между гомогенными и гетерогенными катализаторами, хотя строго говоря, растворимые ферменты являются однородными катализаторами, а ферменты, связанные с мембраной, являются разнородными. Несколько факторов влияют на активность ферментов (и других катализаторов), включая температуру, рН, концентрацию ферментов, субстрата и продуктов. Особенно важным реагентом в ферментативных реакциях является вода, которая является произведением многих реакций, образующих связь, и реагент во многих процессах разрушения связи.

В биокатализе ферменты используются для приготовления многих товарных химических веществ, включая кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы и акриламид .

Некоторые моноклональные антитела, связывающая мишень которого представляет собой стабильную молекулу, которая напоминает переходное состояние химической реакции, могут функционировать как слабые катализаторы для этой химической реакции, снижая энергию ее активации. [ 31 ] Такие каталитические антитела иногда называют « абзимами ».

Значение

[ редактировать ]
Слева: частично карамелизованный кубический сахар , вправо: сахар с горящим кубиком с пеплом в качестве катализатора
Duration: 6 seconds.
Трубка TI-CR-PT (длиной ~ 40 мкм) высвобождает пузырьки кислорода при погружении в перекись водорода (через каталитическое разложение), образуя микропум . [ 32 ]

По оценкам, 90% всех коммерчески произведенных химических продуктов включают катализаторы на некотором этапе процесса их производства. В 2005 году каталитические процессы принесли продукты около 900 миллиардов долларов по всему миру. [ 33 ] Катализ настолько распространен, что Subareas не легко классифицируются. Некоторые области конкретной концентрации обследованы ниже.

Энергетическая обработка

[ редактировать ]

Нефтеперерабатывающее нефтепрограммы интенсивно использует катализ для алкилирования , каталитическое растрескивание (разбивая длинноцепочечные углеводороды на более мелкие кусочки), реформирование нафтхи и реформирование паровых (превращение углеводородов в синтез газа ). Даже выхлоп от сжигания ископаемого топлива обрабатывается с помощью катализа: каталитические преобразователи , обычно состоящие из платины и родия , разрушают некоторые из более вредных побочных продуктов автомобильного выхлопа.

2 co + 2 no → 2 co 2 + n 2

Что касается синтетического топлива, старым, но все еще важным процессом является Фишшера-Тропша синтез углеводородов из синтеза газа , который сам обрабатывается с помощью реакций сдвига с водяным газом , катализируемым железом. Сабейская реакция вырабатывает метатан из углекислого газа и водорода. Биодизель и связанный с ним биотопливо требуют обработки как через неорганические, так и биокатализаторы.

Топливные элементы полагаются на катализаторы как для анодных, так и катодических реакций.

Каталитические обогреватели генерируют безупречный тепло от подачи горючего топлива.

Массовые химические вещества

[ редактировать ]
Типичный ванадий пентоксидный катализатор, используемый в продукции серной кислоты для промежуточной реакции для преобразования диоксида серы в триоксид серы.
Типичный ванадий пентоксидный катализатор, используемый в продукции серной кислоты для промежуточной реакции для преобразования диоксида серы в триоксид серы.

Некоторые из крупнейших химических веществ продуцируются посредством каталитического окисления, часто используя кислород . Примеры включают азотную кислоту (от аммиака), серную кислоту (от диоксида серы до триоксида серы с помощью контактного процесса ), терефталевой кислоты от P-ксилола, акриловой кислоты от пропана или пропана и акрилонитрила из пропана и аммиции. [ 22 ]

Производство аммиака является одним из крупнейших и наиболее энергоемких процессов. В процессе Haber азот сочетается с водородом над катализатором оксида железа. [ 34 ] Метанол готовится из угарного газа или диоксида углерода, но с использованием медных катализаторов.

Огромные полимеры, полученные из этилена и пропилена, часто готовятся с помощью катализа Ziegler-Natta . Полиэфиры, полиамиды и изоцианаты получают с помощью кислотно-основного катализа .

Большинство процессов карбониляции требуют металлических катализаторов, примеры включают процесс уксусной кислоты Monsanto и гидроформилирование .

Тонкие химические вещества

[ редактировать ]

Многие мелкие химические вещества готовятся с помощью катализа; Методы включают в себя методы тяжелой промышленности, а также более специализированные процессы, которые были бы чрезвычайно дорогими в больших масштабах. Примеры включают реакцию Heck и реакции Friedel -Crafts . Поскольку большинство биологически активных соединений являются хиральными , многие фармацевтические препараты продуцируются энантиоселективным катализом (каталитический асимметричный синтез ). (R) -1,2-пропандиол, предшественник антибактериального левофлоксацина , может эффективно синтезироваться от гидроксиацетона с использованием катализаторов, основанных на Binap комплексах -Ruthenium, в асимметрировании Noyori: асимметрическое гидрогенацию: Binap -Ruthenium, в асимметрировании Noyori: гидрогенации noyori: Binap -Ruthenium, в асимметрировании Noyori: Binap -Ruthenium, в асимметрировании Noyori: Binap -Ruthenium, в асимметрировании Noyori: Binap -Ruthenium, в асимметрировании Noyori: Binap -Ruthenium: Noyori Asymmetric Gydragenation . [ 35 ]

Синтез левофлоксакса
levofloxaxin synthesis

Продовольственная обработка

[ редактировать ]

Одним из наиболее очевидных применений катализа является гидрирование (реакция с газом водорода ) жиров с использованием никелевого катализатора для получения маргарина . [ 36 ] Многие другие продукты питания готовится с помощью биокатализа (см. Ниже).

Среда

[ редактировать ]

Катализ влияет на окружающую среду за счет повышения эффективности промышленных процессов, но катализ также играет прямую роль в окружающей среде. Примечательным примером является каталитическая роль хлора свободных радикалов в расщеплении озона . Эти радикалы образуются в результате действия ультрафиолетового излучения на хлорфторуглероды (CFC).

Калькуляция · + O 3 → CLO · + O 2
Clo · + O · → Cl · + O 2

История

[ редактировать ]

Термин «катализатор», широко определяемый как все, что увеличивает скорость процесса, получен из греческого καταλύειν , что означает «аннулировать» или «разоблачить» или «поднять». Концепция катализа была изобретена химикой Элизабет Фуаме и описана в книге 1794 года, основанной на ее новой работе по реакциям окисления -восстановления. [ 7 ] [ 8 ] [ 37 ] Первая химическая реакция в органической химии, которая сознательно использовала катализатор, была изучена в 1811 году Готлибом Кирххоффом , который обнаружил, что катализируемое кислотой преобразование крахмала в глюкозу. Термин катализ позже использовался Йонсом Якобом Берцелиусом в 1835 году. [ 38 ] Описать реакции, которые ускоряются веществами, которые остаются неизменными после реакции. Фулхаме , которая предшествовала Берцелиусу, работала с водой, а не металлы в своих экспериментах по восстановлению. Другими химиками 18 -го века, которые работали в катализе, были Эйлхард Мицшерлих [ 39 ] Кто назвал это процессами контактов , и Иоганн Вольфганг Добереер [ 40 ] [ 41 ] кто говорил о контактном действии. Он разработал лампу Дёбереера , зажигалку, основанную на водороде и платиновой губке, которая стала коммерческим успехом в 1820 -х годах, который живет сегодня. Хамфри Дэви обнаружил использование платины в катализе. [ 42 ] В 1880 -х годах Вильгельм Остевальд в Университете Лейпцига начал систематическое исследование реакций, которые были катализированы наличием кислот и оснований, и обнаружили, что химические реакции происходят с конечными скоростями и что эти скорости могут использоваться для определения сил кислот и оснований Полем За эту работу Остевальд была удостоена Нобелевской премии 1909 года по химии . [ 43 ] Vladimir Ipatieff выполнил некоторые из самых ранних реакций промышленного масштаба, включая обнаружение и коммерциализацию олигомеризации и развитие катализаторов для гидрирования. [ 44 ]

Ингибиторы, яды и промоутеры

[ редактировать ]

Дополнительное вещество, которое понижает скорость, называется ингибитором реакции , если обратимым и катализаторным ядом, хотя и необратимыми. [ 1 ] Промоторы - это вещества, которые увеличивают каталитическую активность, даже если они сами не являются катализаторами. [ 45 ]

Ингибиторы иногда называют «отрицательными катализаторами», поскольку они снижают скорость реакции. [ 46 ] Однако термин ингибитор является предпочтительным, поскольку они не работают, введя путь реакции с более высокой энергией активации; Это не снизит скорость, так как реакция будет продолжаться по некатализируемому пути. Вместо этого они действуют либо путем дезактивации катализаторов, либо путем удаления промежуточных соединений реакции, таких как свободные радикалы. [ 46 ] [ 11 ] В гетерогенном катализе, кокьюнг ингибирует катализатор, который покрывается полимерными побочными продуктами.

Ингибитор может изменять селективность в дополнение к скорости. Например, в гидрировании алкинов до алкенов катализатор палладия ацетатом (PD), частично «отравленный» с свинца (II) (PB (CH 3 CO 2 ) 2 можно использовать ) ( Lindlar Catalyst ). [ 47 ] Без дезактивации катализатора полученная алкен будет дополнительно гидрогенизирован в алкан . [ 48 ] [ 49 ]

Ингибитор может дать этот эффект, например, избирательно отравлять только определенные типы активных сайтов. Другим механизмом является модификация геометрии поверхности. Например, в операциях гидрирования большие плоскости поверхности металлов функционируют как сайты катализа гидрогенолиза , в то время как сайты, катализирующие гидрирование ненасыщенных, меньше. Таким образом, яд, который охватывает поверхность случайным образом, будет иметь тенденцию к снижению количества незагрязненных больших плоскостей, но оставляет пропорционально меньшие участки свободными, тем самым изменяя гидрирование по сравнению с селективностью гидрогенолиза. Многие другие механизмы также возможны.

Промоутеры могут скрыть поверхность, чтобы предотвратить производство кокса кокса или даже активно удалять такой материал (например, Rhenium на платине в платформе ). Они могут помочь рассеянию каталитического материала или связываться с реагентами.

Смотрите также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  • IUPAC , сборник химической терминологии , 2 -е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн -исправленная версия: (2006–) « катализатор ». два : 10.1351/goldbook.c00876
  1. ^ Jump up to: а беременный "Катализатор" . Компендиум химической терминологии IUPAC . Оксфорд: Blackwell Scientific Publications. 2009. DOI : 10.1351/goldbook.c00876 . ISBN  978-0-9678550-9-7 .
  2. ^ Масел, Ричард I (2001). Химическая кинетика и катализ . Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN  0-471-24197-0 .
  3. ^ Steinfeld, Jeffrey I.; Франциско, Джозеф С.; Хасе, Уильям Л. (1999). Химическая кинетика и динамика (2 -е изд.). Прентис Холл. п. 147. ISBN  0-13-737123-3 Полем Катализатор определяется как химическое вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, не потребляется в реакции.
  4. ^ Лернер, Луиза (2011). «7 вещей, которые вы, возможно, не знаете о катализе» . Аргронная национальная лаборатория .
  5. ^ Laidler, Keith J.; Мейзер, Джон Х. (1982). Физическая химия . Бенджамин/Каммингс. п. 425. ISBN  0-8053-5682-7 Полем Ингибиторы не работают, введя более высокий путь реакции; Это не уменьшит скорость, поскольку реакция будет продолжаться от альтернативного механизма
  6. ^ Кэрролл, Грегори Т.; Киршман, Дэвид Л. (23 января 2023 г.). «Каталитическое хирургическое блок фильтрации дыма снижает уровень формальдегида в моделируемой среде операционной» . ACS Химическое здоровье и безопасность . 30 (1): 21–28. doi : 10.1021/acs.chas.2c00071 . ISSN   1871-5532 . S2CID   255047115 .
  7. ^ Jump up to: а беременный Laidler, Keith J.; Корниш-Боуден, Атель (1997). « Элизабет Фулхаме и открытие катализа: за 100 лет до Бухнера» (PDF) . В Корниш-Боудене, Атель (ред.). Новое пиво в старой бутылке: Эдуард Бухнер и рост биохимических знаний . Валенсия: Университет де. Валенсия ​  9788437033280 Полем Архивировано из оригинала (PDF) 23 января 2015 года . Получено 14 марта 2021 года .
  8. ^ Jump up to: а беременный Рейнер-Канхэм, Марелен; Рейнер-Канхэм, Джеффри Уильям (2001). Женщины в химии: их меняющиеся роли с алхимических времен до середины двадцатого века . Американское химическое общество. ISBN  978-0-8412-3522-9 .
  9. ^ "Джинн в бутылке" . Университет Миннесоты . 2 марта 2005 г. Архивировано с оригинала 5 апреля 2008 года.
  10. ^ Торкашванд, Мостафа; Сарабадани Тафриши, Саидх; de Leeuw, Нора Х. (май 2023). «Исследование функциональной теории плотности гидрирования окиси углерода на поверхности CO (001): последствия для процесса Фишера -Тропша» . Катализаторы . 13 (5): 837. doi : 10.3390/catal13050837 . ISSN   2073-4344 .
  11. ^ Jump up to: а беременный Laidler, KJ и Meiser, JH (1982) Физическая химия , Бенджамин/Каммингс, с. 425. ISBN   0-618-12341-5 .
  12. ^ Laidler, Keith J.; Мейзер, Джон Х. (1982). Физическая химия . Бенджамин/Каммингс. С. 424–425. ISBN  0-8053-5682-7 .
  13. ^ Аткинс, Питер; Де Паула, Хулио (2006). Физическая химия Аткинса (8 -е изд.). Whfreeman. п. 839. ISBN  0-7167-8759-8 Полем Катализатор понижает энергию активации реакции, предоставляя альтернативный путь, который позволяет избежать медленной, определяющей скорость стадии некватизируемой реакции
  14. ^ Jump up to: а беременный Steinfeld, Jeffrey I.; Франциско, Джозеф С.; Хасе, Уильям Л. (1999). Химическая кинетика и динамика (2 -е изд.). Прентис Холл. С. 147–150. ISBN  0-13-737123-3 Полем Концентрация катализатора [C] появляется в экспрессии скорости, но не в соотношении равновесия.
  15. ^ Джейкоби, Митч (16 февраля 2009 г.). «Сделать воду шаг за шагом» . Химические и инженерные новости . п. 10
  16. ^ Matthiesen J, Wendt S, Hansen Jø, Madsen GK, Lira E, Galliker P, Vestergaard EK, Schaub R, Laegsgaard E, Hammer B, Besenbacher F (2009). «Наблюдение за всеми промежуточными этапами химической реакции на оксидной поверхности с помощью сканирующей туннельной микроскопии». ACS Nano . 3 (3): 517–26. Citeseerx   10.1.1.711.974 . doi : 10.1021/nn8008245 . ISSN   1520-605X . PMID   19309169 .
  17. ^ Робертсон, AJB (1970) Катализ газовых реакций металлами . Logos Press, Лондон.
  18. ^ Влаткович, Матеа; Коллинз, Беатрис Сл; Фереринга, Бен Л. (2016). «Динамические реагирующие системы для каталитической функции» . Химия: европейский журнал . 22 (48): 17080–17111. doi : 10.1002/chem.201602453 .
  19. ^ Roelz M, Butschke B, Breit B (май 2024). «Азобензол-интегрированные NHC-лиганды: универсальная платформа для катализа с видимым светом» . Журнал Американского химического общества . 146 (19): 13210–13225. doi : 10.1021/jacs.4c01138 . PMID   38709955 .
  20. ^ Шафик, Икраш; Шафик, Сумеер; Ахтер, Парвин; Ян, Веншу; Хуссейн, Мурид (23 июня 2020 года). «Недавние разработки в области глинозем поддержали гидродесульфуризационные катализаторы для производства нефтеперерабатывающих продуктов без серы: технический обзор». Обзоры катализа . 64 (1): 1–86. doi : 10.1080/01614940.2020.1780824 . ISSN   0161-4940 . S2CID   225777024 .
  21. ^ Jump up to: а беременный Housecroft, Кэтрин Э.; Шарп, Алан Г. (2005). Неорганическая химия (2 -е изд.). Пирсон Прентис-Холл. п. 805. ISBN  0130-39913-2 .
  22. ^ Jump up to: а беременный Ульмана Knözinger, Helmut and Kochloefl, Karl (2002) «Гетерогенный катализ и твердые катализаторы» в энциклопедии промышленной химии , Wiley-VCH, Weinheim. Два : 10.1002/14356007.A05_313
  23. ^ Appl, Max (2006). «Аммиак». Энциклопедия промышленной химии Уллмана . doi : 10.1002/14356007.a02_143.pub2 . ISBN  3527306730 .
  24. ^ «Химия ванадия» . Химия Либретлекты . 3 октября 2013 года . Получено 8 июля 2022 года .
  25. ^ Чадха, Уткарш; Сельварадж, Сентил Кумаран; Ашокан, Хридья; Hariharan, Sai P.; Мэтью Пол, В.; Венкатаранган, Вишал; Paramasivam, Velmurugan (8 февраля 2022 г.). «Катализ в катализе в катализе: от синтеза и обработки углеводородов до применений возобновляемых источников энергии» . Достижения в области материаловедения и техники . 2022 : E1552334. Doi : 10.1155/2022/1552334 . ISSN   1687-8434 .
  26. ^ Уллмана Behr, Arno (2002) «Органометаллические соединения и гомогенный катализ» в энциклопедии промышленной химии , Wiley-VCH, Вайнхайм. Два : 10.1002/14356007.A18_215
  27. ^ Elschenbroich, C. (2006) Органометаллические . Wiley-VCH: Вайнхайм. ISBN   978-3-527-29390-2
  28. ^ «Нобелевская премия по химии 2021» . Nobelprize.org .
  29. ^ Мелхиорре, Паоло (2022). «Введение: фотохимические каталитические процессы» . Химические обзоры . 122 (2): 1483–1484. doi : 10.1021/acs.chemrev.1c00993 . PMID   35078320 . S2CID   246287799 .
  30. ^ Нельсон, DL и Cox, MM (2000) Lehninger, Принципы биохимии 3 -е изд. Стоит публиковать: Нью -Йорк. ISBN   1-57259-153-6 .
  31. ^ Каталитические антитела просто объяснены . DocumentRoot.com (2010-03-06). Получено на 2015-11-11.
  32. ^ Solovev, Alexander A.; Санчес, Самуил; Мэй, Юнфенг; Шмидт, Оливер Г. (2011). «Настраиваемые каталитические трубчатые микрочатки, работающие при низких концентрациях перекиси водорода» (PDF) . Физическая химия химическая физика . 13 (21): 10131–35. BIBCODE : 2011PCCP ... 1310131S . doi : 10.1039/c1cp20542k . PMID   21505711 . Архивировано (PDF) из оригинала 28 марта 2019 года.
  33. ^ 1.4.3 Эффективность промышленного процесса Архивирована 2008-05-17 на машине Wayback . Климаттехнология.gov
  34. ^ Smil, Vaclav (2004). Обогащение земли: Фриц Хабер, Карл Бош и трансформация мировой продукции питания (1 -е изд.). Кембридж, Массачусетс: MIT. ISBN  9780262693134 .
  35. ^ Dub, Pavel A.; Гордон, Джон С. (2018). «Роль функциональности N-H, связанной с металлом в молекулярных катализаторах Noyori-типа». Природа обзоры химии . 2 (12): 396–408. doi : 10.1038/s41570-018-0049-z . S2CID   106394152 .
  36. ^ Кларк, Джим (октябрь 2013). «Типы катализа» . Химиид.
  37. ^ Bård Lindström и Lars J. Petterson (2003) « Краткая история катализа » Cattech , 7 (4): 130–38.
  38. ^ Berzelius, JJ (1835) Годовой отчет о прогрессе в области физики и химии [Годовой отчет о прогрессе в области физики и химии]. Стокгольм, Швеция: Королевская шведская академия наук. После рассмотрения исследований Эйлхарда Мицшерлиха о формировании эфира Берзелиус монтирует слово катализ (катализ) на с .

    Оригинал: Поэтому я буду использовать хорошо известный вывод в химии, назвать его каталитической силой тела, разложение через эту силу , а также с анализом слова, мы обозначаем разделение компонентов тела с помощью обычная химическая дружба.

    Перевод : следовательно, я буду использовать хорошо известный вывод в химии, назвать [каталитические] тела [то есть вещества] каталитическая сила и разложение [других] тел в результате этого силового катализа , так же, как мы указываем на слов Анализ Разделение составляющих тел обычным химическим сродством.

  39. ^ Mitscherlich, E. (1834). «О формации» [о формировании эфира]. Анналы физики и химии . 31 (18): 273–82. Бибкод : 1834anp ... 107..273m . Doi : 10.1002/andp.18341071802 .
  40. ^ Добереер (1822). «Светящее сжигание спирта через различные нагретые металлы и оксид металлов» [Сжигание спирта накаливания с помощью различных нагретых металлов и оксидов металлов]. Журнал по химии и физике . 34 : 91–92.
  41. ^ Добереер (1823). «Недавно обнаруженные странные свойства платинового субоксида, платинового платины оксида и металлической платиновой пыли» [недавно обнаруженные замечательные свойства платиновых субоксидов, окисленная сульфида платины и металлическая платиновая пыль]. Журнал по химии и физике . 38 : 321–26.
  42. ^ Дэви, Хамфри (1817). «Некоторые новые эксперименты и наблюдения за сжиганием газообразных смесей, с учетом метода сохранения дальнейшего света в смесях целостных газов и воздуха без пламени» . Философские транзакции Королевского общества Лондона . 107 : 77–85. doi : 10.1098/rstl.1817.0009 . S2CID   97988261 .
  43. ^ Робертс, MW (2000). «Рождение каталитической концепции (1800–1900)». Катализ буквы . 67 (1): 1–4. doi : 10.1023/a: 1016622806065 . S2CID   91507819 .
  44. ^ Николас, Кристофер П. (21 августа 2018 г.). «Обезвоживание, диена, высокое октановое и высокое давление: вклад Владимира Николаевича Ипатифф, отца катализа» . Катализ ACS . 8 (9): 8531–39. doi : 10.1021/acscatal.8b02310 .
  45. ^ Дхара С.С.; Умаре С.С. (2018). Учебник инженерной химии . Индия: S. Chand Publishing. п. 66. ISBN  9789352830688 .
  46. ^ Jump up to: а беременный Laidler, KJ (1978) Физическая химия с биологическим применением , Бенджамин/Каммингс. С. 415–17. ISBN   0-8053-5680-0 .
  47. ^ Линдлар Х.; Dubuis R. (2016). «Палладийский катализатор для частичного восстановления ацетилен». Органические синтезы . doi : 10.15227/orgsyn.046.0089 ; Собранные объемы , вып. 5, с. 880 .
  48. ^ Jencks, WP (1969) Катализ в химии и ферменте McGraw-Hill, Нью-Йорк. ISBN   0-07-032305-4
  49. ^ Bender, Myron L; Komiyama, Makoto and Bergeron, Raymond J (1984). Биоорганическая химия ферментативного катализа Wiley-Interscience, Хобокен, США ISBN   0-471-05991-9
[ редактировать ]
Посмотрите на катализ в Wiktionary, свободный словарь.
Wikimedia Commons имеет средства массовой информации, связанные с катализом .
Британская Артика 1911 Encyclopædia Britannica article "Catalysis​
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Catalysis&oldid=1245028870"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: d04df6db971648e0a4ca41a4aee2b095__1725973740
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/d0/95/d04df6db971648e0a4ca41a4aee2b095.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Catalysis - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)