다른 유형의 촉매

콘텐츠

• 촉매의 일반적인 특성
• 촉매 화학
• 균질 촉매
• 이종 촉매
• 효소

화학에서 촉매 는 반응에서 소비되지 않고 반응 속도를 가속화시키는 물질입니다. 촉매를 사용하는 모든 반응은 촉매 작용. 화학 물질을 읽을 때이 차이에주의하십시오. 촉매 (복수의 "촉매")는 물리적 물질이지만, 촉매 (복수의 "촉매")는 공정이다.

각 촉매 클래스에 대한 개요는 분석 화학을 배우고 물질을 함께 혼합하고 반응이 일어날 때 분자 수준에서 어떤 일이 발생하는지 이해하는 데 유용한 출발점입니다. 촉매 및 관련 촉매 반응은 세 가지 주요 유형, 즉 균질 촉매, 이종 촉매 및 생체 촉매 (보통 효소라고 함)로 제공됩니다. 덜 일반적이지만 여전히 중요한 유형의 촉매 활성에는 광촉매, 환경 촉매 및 녹색 촉매 공정이 포함됩니다.

촉매의 일반적인 특성

대부분의 고체 촉매는 산소 및 황과 같은 원소에 부착 된 금속 (예 : 백금 또는 니켈) 또는 금속 (예 : 실리콘, 붕소 및 알루미늄)입니다. 액체 또는 기체 상태 인 촉매는 단일 원소로 구성 될 가능성이 높지만, 용매 및 기타 재료와 결합 될 수 있고, 고체 촉매는 촉매 지지체로 알려진 고체 또는 액체 매트릭스 내에 분산 될 수있다.

촉매는 활성화 에너지 이자형_에이 촉매없이 진행되지만 훨씬 느리게 진행되는 반응의 이러한 반응은 반응물 또는 반응물보다 총 에너지가 낮은 생성물 또는 생성물을 가지며; 그렇지 않은 경우, 외부 에너지를 추가하지 않으면 이러한 반응이 일어나지 않을 것입니다. 그러나 더 높은 에너지 상태에서 더 낮은 에너지 상태로 전환하려면 제품이 먼저 "혹을 극복"해야합니다._에이. 본질적으로 촉매는 단순히 "힐탑"의 높이를 낮춤으로써 반응물이 반응의 에너지 "하향 경사"에 쉽게 도달 할 수있게함으로써 반응 에너지 도로를 따라 범프를 부드럽게한다.

화학 시스템은 포지티브 및 네가티브 촉매의 예를 특징으로하며, 전자는 반응 속도를 가속화시키는 경향이 있고, 네가티브 촉매는 반응 속도를 늦추는 역할을한다. 원하는 특정 결과에 따라 둘 다 유리할 수 있습니다.

촉매 화학

촉매는 반응물 중 하나에 일시적으로 결합하거나 화학적으로 변형시켜 물리적 반응 또는 3 차원 형상을 변화시켜 반응물 또는 반응물을 생성물 중 하나로 쉽게 변형시키는 방식으로 작업을 수행한다. 진흙 속에 구르고 안에 들어가기 전에 깨끗해야하는 개가 있다고 상상해보십시오. 진흙은 결국 그 자체로 개에서 나올 것이지만, 진흙이 물에서 빨리 뿌려 지도록 마당 스프링클러 방향으로 개를 자극하는 무언가를 할 수 있다면, "촉매"로 작용했을 것입니다 "더티 독의"개를 "개 반응"으로 청소하십시오.

반응의 일반적인 요약으로 표시되지 않은 중간체 생성물은 반응물 및 촉매로부터 형성되는 경우가 많으며,이 착물이 하나 이상의 최종 생성물로 변경 될 때, 촉매는 어느 것에도 일어난 적이없는 것처럼 재생된다 전혀. 곧 알 수 있듯이이 프로세스는 다양한 방식으로 발생할 수 있습니다.

균질 촉매

반응이 고려됩니다 균질 촉매 촉매 및 반응물 (들)이 동일한 물리적 상태 또는 상인 경우. 이것은 대부분 기체 촉매 반응 제 쌍에서 발생합니다. 균질 촉매의 유형은 공여 된 수소 원자가 금속, 일부 형태의 탄소 및 금속 원소를 블렌딩하는 다수의 화합물 및 코발트 또는 철에 결합 된 카보 닐 화합물로 대체 된 유기산을 포함한다.

액체와 관련된 이러한 유형의 촉매 작용의 예는과 황산염 및 요오드화물 이온을 황산 이온 및 요오드로 변환하는 것입니다.

에스₂영형₈^2- + 2 I^- → 2 SO₄^2- + 나₂

이 반응은 유리한 에너지에도 불구하고 자체적으로 진행하는 데 어려움을 겪을 것이다. 두 반응물 모두 음전하를 띠기 때문에 정전 기적 성질이 화학적 성질과 반대이기 때문이다. 그러나 양전하를 띠는 철 이온이 혼합물에 첨가되면, 철은 음전하를 산만하게하고 반응은 빠르게 진행된다.

자연적으로 발생하는 기체 균질 촉매는 산소 기체의 변환 또는 O₂대기 중 오존 또는 O₃산소 라디칼 (O)^-)은 중간체입니다. 여기서, 태양으로부터의 자외선은 진정한 촉매이지만, 존재하는 모든 물리적 화합물은 동일한 (기체) 상태에 있습니다.

이종 촉매

반응이 고려됩니다 이종 촉매 촉매와 반응물 (들)이 상이한 상에있을 때, 반응이 그들 사이의 계면 (가장 일반적으로 기체-고체 "테두리")에서 발생한다. 보다 일반적인 불균일 촉매 중 일부는 원소 금속, 황화물 및 금속염과 같은 무기 (즉, 비 탄소 함유) 고형물뿐만 아니라 과산화수소 및 이온 교환기 중에서 유기 물질의 찌꺼기 (smattering)를 포함한다.

제올라이트는 중요한 부류의 불균일 촉매이다. 이들은 SiO의 반복 단위로 구성된 결정 성 고체입니다₄. 이들 결합 된 분자 중 4 개의 유닛은 서로 연결되어 상이한 고리 및 케이지 구조를 형성한다. 결정 내에 알루미늄 원자의 존재는 전하 불균형을 생성하는데, 이는 양성자 (즉, 수소 이온)에 의해 상쇄된다.

효소

효소는 살아있는 시스템에서 촉매 역할을하는 단백질입니다. 이들 효소는 기질 결합 부위 또는 활성 부위라고하는 성분을 가지며, 여기서 촉매 작용 하의 반응에 관여하는 분자가 부착된다. 모든 단백질의 성분 부분은 아미노산이며, 이들 개별 산 각각은 한쪽 끝에서 다른 끝으로 고르지 않은 전하 분포를 갖는다. 이 특성은 효소가 촉매 능력을 갖는 주된 이유입니다.

효소의 활성 부위는 잠금 장치로 들어가는 열쇠처럼 기질 (반응물)의 올바른 부분과 함께 맞습니다. 앞에서 설명한 촉매는 종종 이종 반응의 배열을 촉매하므로 효소가하는 화학적 특이성 정도를 갖지 않습니다.

일반적으로, 더 많은 기질 및 더 많은 효소가 존재할 때, 반응은 더 빨리 진행될 것이다. 그러나 더 많은 효소를 첨가하지 않고 더 많은 기질을 첨가하면 모든 효소 결합 부위가 포화되어 반응이 해당 효소 농도에 대한 최대 속도에 도달합니다. 효소에 의해 촉매 된 각각의 반응은 효소의 존재로 인해 형성된 중간 생성물로 표시 될 수있다. 즉, 쓰는 대신 :

S → P

기판이 제품으로 변형되는 것을 보여주기 위해 다음과 같이 묘사 할 수 있습니다.

E + S → ES → E + P

여기서 중간 용어는 효소 기질 (ES) 복합체이다.

효소는 상기 열거 된 것과 다른 촉매 카테고리로 분류되지만, 균질하거나 이종일 수있다.

효소는 좁은 온도 범위 내에서 최적으로 기능합니다. 이는 정상적인 상태에서 체온이 몇도 이상 변동하지 않는 것을 의미합니다. 극한의 열은 많은 효소를 파괴하여 특정 단백질의 모양을 잃게합니다.