آشنایی با کاتالیزورها و انواع آنها

آیا در مورد کاتالیزورها و انواع مختلف آنها کنجکاو هستید؟ شما به جای مناسب آمده اید! کاتالیزورها جزء ضروری در بسیاری از واکنش های شیمیایی هستند و نقش مهمی در فرآیندهای صنعتی ایفا می کنند. در این مقاله، ما عمیقاً به دنیای کاتالیزورها می پردازیم و در مورد تعریف، انواع و کاربردهای آنها بحث می کنیم.

کاتالیزگر چیست ؟

به هر ماده ای که میزان  سرعت واکنش را افزایش دهد ودر انتهای واکنش مصرف نشده باقی بماند کاتالیزگر می گویند. آنزیم ها به طور طبیعی کاتالیزگرهایی هستند که مسئولیت  کاتالیز بسیاری از واکنش های بیوشیمیایی اساسی در بدن را بر عهده دارند.

 برای مطالعه درباره کاتالیزور ها به: https://fa.wikipedia.org/wiki/کاتالیزور مراجعه کنید.

کاتالیزگر در شیمی

کاتالیزگر در شیمی وظیفه تغییر نرخ پیشرفت یک واکنش شیمیایی را بر عهده دارد که معمولا باعث شتاب گرفتن واکنش ها می شود، با این وجود در پایان واکنش دست نخورده باقی می ماند. میزان  پیشرفت واکنش های شیمیایی- یعنی سرعت مصرف واکنش دهنده ها – به عواملی همچون ، ماهیت شیمیایی گونه های واکنش دهنده و شرایط خارجی که در معرض آن قرار دارند بستگی دارد. یک پدیده خاص در ارتباط با میزان پیشرفت واکنش های شیمیایی که از نظر تئوری و عملی بسیار مورد توجه است ، تسریع در روند واکنش های شیمیایی توسط موادی که در خود واکنش ها مصرف نمی شوند ، می باشد – مواد شناخته شده در این زمینه را به عنوان کاتالیزگر می شناسند.

در واکنش کاتالیز شده ، کاتالیزگر بطور کلی با ترکیبات شیمیایی  درگیر می شود اما در نهایت بازسازی شده و دست نخورده باقی می ماند. از آنجایی که کاتالیزگرها مصرف نمی شوند ، هر مولکول کاتالیزگر ممکن است باعث تحریک بسیاری از مولکول های واکنش دهنده شود. برای یک کاتالیزگر فعال ، تعداد مولکول های تغییر یافته در دقیقه توسط یک مولکول کاتالیزگر ممکن است به اندازه چندین میلیون مولکول باشد.

در جایی که یک ماده معین یا ترکیبی از مواد تحت دو یا چند واکنش همزمان قرار بگیرد که  هر کدام محصولات مختلفی را به همراه دارد ، توزیع محصولات ممکن است تحت تأثیر استفاده از یک کاتالیگر تغییر کند،  که به طور انتخابی یک واکنش نسبت به دیگری از سرعت پیشرفت بالاتری برخوردار شود . با انتخاب کاتالیزگر مناسب ، می توان یک واکنش آن چنان تسریع کرد که گویا واکنش ها موازی با آن انگار انجام نمی شوند.  بسیاری از کاربردهای مهم تجزیه و تحلیل مبتنی بر انتخاب کاتالیزگر از این نوع است.

 اهمیت کاتالیزورها در واکنش های شیمیایی

کاتالیزورها با افزایش سرعت واکنش و کارایی، نقشی محوری در واکنش های شیمیایی ایفا می کنند. آنها انرژی فعال سازی مورد نیاز برای انجام واکنش ها را کاهش می دهند و آنها را از نظر اقتصادی مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست می کند. کاتالیزورها امکان تولید محصولات ضروری مختلف از جمله سوخت، پلاستیک و مواد دارویی را فراهم می کنند. بدون کاتالیزور، بسیاری از واکنش های شیمیایی با سرعت غیرعملی آهسته پیش می روند و فرآیندهای صنعتی را مختل می کنند.

کاتالیزورهای همگن

کاتالیزورهای همگن نوعی کاتالیزور هستند که فازی مشابه با واکنش دهنده ها دارند. آنها معمولاً در یک حلال حل می شوند و در همان فاز واکنش دهنده ها وجود دارند. این کاتالیزورها اغلب کمپلکس های فلزی هستند که می توانند با واکنش دهنده ها هماهنگ شوند و انرژی فعال سازی مورد نیاز برای انجام واکنش را کاهش دهند. یکی از نمونه‌های کاتالیزور همگن، اسید کلروپلاتینیک است که در تولید لاستیک سیلیکونی استفاده می‌شود.

تطبیق پذیری کاتالیزورهای همگن در واکنش های آلی

کاتالیزورهای همگن، بر خلاف همتایان ناهمگن خود، در همان فاز واکنش دهنده ها هستند. این ویژگی به آنها اجازه می دهد تا تعامل نزدیک تری با مولکول های واکنش دهنده داشته باشند و در نتیجه گزینش پذیری و کارایی بالایی دارند. بیایید به تطبیق پذیری کاتالیزورهای همگن در واکنش های آلی بپردازیم.

کاتالیزورهای ناهمگن

کاتالیزورهای ناهمگن کاتالیزورهایی هستند که در فاز متفاوتی نسبت به واکنش دهنده ها وجود دارند. آنها معمولا جامد هستند، در حالی که واکنش دهنده ها یا مایع هستند یا گاز. کاتالیزورهای ناهمگن اغلب در فرآیندهای صنعتی استفاده می شوند، زیرا می توان آنها را به راحتی از مخلوط واکنش جدا کرد و آنها را مقرون به صرفه تر می کند. یکی از نمونه‌های رایج کاتالیزورهای ناهمگن، پلاتین است که در مبدل‌های کاتالیزوری در خودروها استفاده می‌شود.

کاربرد کاتالیزورهای ناهمگن در فرآیندهای صنعتی

کاتالیزورهای ناهمگن به دلیل تطبیق پذیری و کارایی به طور گسترده در فرآیندهای صنعتی مختلف به کار می روند. آنها چندین مزیت مانند سهولت جدا شدن از مخلوط واکنش و قابلیت استفاده مجدد را ارائه می دهند. بیایید برخی از کاربردهای رایج کاتالیزورهای ناهمگن را در صنایع مختلف بررسی کنیم.

آنزیم ها

آنزیم ها کاتالیزورهای بیولوژیکی هستند که در موجودات زنده یافت می شوند. آنها پروتئین هایی هستند که واکنش های بیوشیمیایی را در سلول ها سرعت می بخشند. آنزیم ها با کاهش انرژی فعال سازی مورد نیاز برای انجام یک واکنش کار می کنند. یکی از نمونه های آنزیم لاکتاز است که لاکتوز را به گلوکز و گالاکتوز تجزیه می کند.

کاتالیزورهای اسیدی

کاتالیزورهای اسیدی کاتالیزورهایی هستند که واکنش‌های کاتالیزور اسیدی را ترویج می‌کنند. آنها اغلب در شیمی آلی برای تسریع واکنش های مربوط به ترکیبات کربونیل استفاده می شوند. اسید سولفوریک یک کاتالیزور اسیدی رایج است که در تولید مواد شوینده استفاده می شود.

کاتالیزورهای پایه

کاتالیزورهای پایه کاتالیزورهایی هستند که واکنش های کاتالیز شده پایه را ترویج می کنند. آنها اغلب در شیمی آلی برای تسریع واکنش های مربوط به اسیدهای کربوکسیلیک و مشتقات آنها استفاده می شوند. هیدروکسید سدیم یک کاتالیزور پایه رایج است که در تولید صابون استفاده می شود.

فوتوکاتالیست ها

فوتوکاتالیست ها نوعی کاتالیزور هستند که از نور برای پیشبرد واکنش های شیمیایی استفاده می کنند. آنها با جذب انرژی نور و انتقال آن به واکنش دهنده ها کار می کنند که سپس تحت یک واکنش شیمیایی قرار می گیرند. دی اکسید تیتانیوم یک فوتوکاتالیست رایج است که در تولید شیشه های خود تمیز شونده استفاده می شود.

مهار انرژی نور برای واکنش های شیمیایی

فوتوکاتالیست ها دسته منحصر به فردی از کاتالیزورها هستند که از انرژی نور برای هدایت واکنش های شیمیایی استفاده می کنند. توانایی آنها در جذب فوتون ها و شروع واکنش های انتقال الکترون، فرصت های هیجان انگیزی را برای فرآیندهای پایدار و کم مصرف باز می کند.

قابلیت استفاده مجدد کاتالیزورها: کارایی و مقرون به صرفه بودن

توانایی چندین بار استفاده مجدد از کاتالیزورها از نظر اقتصادی و زیست محیطی سودمند است. قابلیت استفاده مجدد هزینه تولید کاتالیست را کاهش می دهد و تولید زباله را به حداقل می رساند. فرآیندهای صنعتی می توانند از کاتالیزورهایی که فعالیت و گزینش پذیری خود را در چرخه های متعدد حفظ می کنند، بهره زیادی ببرند.

کاتالیزورهای ناهمگن، به ویژه آنهایی که به شکل جامد هستند، عموماً به راحتی از مخلوط واکنش جدا می شوند. این امر بازیابی و استفاده مجدد آنها را تسهیل می کند و آنها را برای کاربردهای در مقیاس بزرگ بسیار جذاب می کند. در مقابل، کاتالیزورهای همگن اغلب نیاز به جداسازی از مخلوط واکنش از طریق تکنیک هایی مانند استخراج یا تقطیر دارند که می تواند چالش برانگیزتر و پرهزینه تر باشد.

نتیجه

کاتالیزورها در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، از پالایش نفت گرفته تا تولید دارو، نقش حیاتی دارند. آنها سرعت واکنش های شیمیایی را افزایش می دهند، انرژی مورد نیاز برای شروع واکنش را کاهش می دهند و بازده و انتخاب محصول را بهبود می بخشند. انواع مختلفی از کاتالیزورها وجود دارد که هر کدام مکانیسم و کاربرد منحصر به فردی دارند. با درک انواع مختلف کاتالیزورها و کاربرد آنها، می توانیم نقش آنها را در صنعت مدرن بهتر درک کنیم.

سوالات متداول درباره کاتالیزورها

1) تفاوت بین کاتالیزور و معرف چیست؟

یک کاتالیزور یک واکنش شیمیایی را بدون مصرف در فرآیند تسهیل می کند ، در حالی که یک معرف ماده ای است که در واکنش شرکت می کند و در فرآیند مصرف می شود.

2) نقش کاتالیزورها در تولید کود چیست؟

از کاتالیزورها در تولید کودها برای تسریع واکنش بین آمونیاک و نیتروژن برای تشکیل کودهای مبتنی بر نیتروژن استفاده می شود.

3) آیا کاتالیزورها می توانند واکنش های جانبی ایجاد کنند؟

بله، اگر شرایط واکنش به دقت کنترل نشود، کاتالیزورها می توانند واکنش های جانبی ایجاد کنند.

4) آیا آنزیم ها کاتالیزور هستند؟

بله، آنزیم ها کاتالیزورهای بیولوژیکی هستند که در بسیاری از واکنش های بیولوژیکی نقش دارند.

5) آیا کاتالیزورها قابل استفاده مجدد هستند ؟

بله، کاتالیزورها را می توان چندین بار مورد استفاده مجدد قرار داد، که باعث می شود آنها در فرآیندهای صنعتی مقرون به صرفه باشند.

6) تفاوت بین کاتالیزورهای ناهمگن و همگن چیست؟

کاتالیزورهای ناهمگن در فاز متفاوتی نسبت به واکنش دهنده ها هستند، در حالی که کاتالیزورهای همگن در همان فاز واکنش دهنده ها هستند.

منبع: bismoot.com