विभिन्न प्रकार के उत्प्रेरक

रसायन शास्त्र में, ए उत्प्रेरक एक पदार्थ है जो प्रतिक्रिया में खपत किए बिना प्रतिक्रिया की दर को तेज करता है। उत्प्रेरक का उपयोग करने वाली कोई भी प्रतिक्रिया कहलाती है कटैलिसीस. रसायन शास्त्र सामग्री पढ़ते समय इस भेद के बारे में सावधान रहें; एक उत्प्रेरक (बहुवचन "उत्प्रेरक") एक भौतिक पदार्थ है, लेकिन उत्प्रेरण (बहुवचन "उत्प्रेरक") एक प्रक्रिया है।

उत्प्रेरक के प्रत्येक वर्ग का अवलोकन विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान सीखने में एक सहायक प्रारंभिक बिंदु है और यह समझना कि आणविक स्तर पर क्या होता है जब आप पदार्थों को एक साथ मिलाते हैं और प्रतिक्रिया होती है। उत्प्रेरक और उनसे जुड़ी उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं तीन मुख्य प्रकारों में आती हैं: सजातीय उत्प्रेरक, विषम उत्प्रेरक और जैव उत्प्रेरक (आमतौर पर एंजाइम कहा जाता है)। कम सामान्य लेकिन फिर भी महत्वपूर्ण प्रकार की उत्प्रेरक गतिविधियों में फोटोकैटलिसिस, पर्यावरण उत्प्रेरण और हरित उत्प्रेरक प्रक्रियाएं शामिल हैं।

अधिकांश ठोस उत्प्रेरक धातु (जैसे, प्लैटिनम या निकल) या निकट-धातु (जैसे, सिलिकॉन, बोरॉन और एल्यूमीनियम) होते हैं जो ऑक्सीजन और सल्फर जैसे तत्वों से जुड़े होते हैं। उत्प्रेरक जो तरल या गैस चरण में हैं, उनमें एक ही तत्व होने की अधिक संभावना है, हालांकि उन्हें साथ जोड़ा जा सकता है सॉल्वैंट्स और अन्य सामग्री, और ठोस उत्प्रेरक को एक ठोस या तरल मैट्रिक्स के भीतर प्रसारित किया जा सकता है जिसे उत्प्रेरक समर्थन के रूप में जाना जाता है।

उत्प्रेरक कम करके प्रतिक्रियाओं को तेज करते हैं speed सक्रियण ऊर्जा इ_ए एक प्रतिक्रिया जो उत्प्रेरक के बिना आगे बढ़ेगी, लेकिन कहीं अधिक धीरे-धीरे। ऐसी प्रतिक्रियाओं में अभिकारक या अभिकारकों की तुलना में कम कुल ऊर्जा वाले उत्पाद या उत्पाद होते हैं; यदि ऐसा नहीं होता, तो ये प्रतिक्रियाएं बाहरी ऊर्जा को शामिल किए बिना नहीं होतीं। लेकिन उच्च ऊर्जा अवस्था से निम्न ऊर्जा अवस्था में जाने के लिए, उत्पादों को पहले "कूबड़ से ऊपर उठना" चाहिए, कि "कूबड़" ई है_ए. उत्प्रेरक संक्षेप में प्रतिक्रिया-ऊर्जा सड़क के साथ बाधाओं को सुगम बनाते हैं, जिससे यह आसान हो जाता है अभिकारकों को केवल की ऊंचाई को कम करके प्रतिक्रिया की ऊर्जा "डाउनस्लोप" प्राप्त करने के लिए "पहाड़ी की चोटी।"

रासायनिक प्रणालियों में सकारात्मक और नकारात्मक उत्प्रेरक के उदाहरण होते हैं, पूर्व में प्रतिक्रिया की दर में तेजी लाने के लिए और नकारात्मक उत्प्रेरक उन्हें धीमा करने के लिए काम करते हैं। वांछित विशिष्ट परिणाम के आधार पर दोनों फायदेमंद हो सकते हैं।

उत्प्रेरक अपना कार्य अस्थायी रूप से किसी एक अभिकारक से बंध कर या अन्यथा रासायनिक रूप से संशोधित करके और उसके भौतिक रूप को बदलकर करते हैं। रचना, या त्रि-आयामी आकार, एक तरह से जिससे अभिकारक या अभिकारकों को किसी एक में बदलना आसान हो जाता है उत्पाद। कल्पना कीजिए कि एक कुत्ता है जो कीचड़ में लुढ़क गया है और उसके अंदर आने से पहले उसे साफ करने की जरूरत है। अंततः कुत्ते से कीचड़ अपने आप निकल जाएगा, लेकिन अगर आप कुछ ऐसा कर सकते हैं जो कुत्ते को यार्ड स्प्रिंकलर की दिशा में उकसाता है ताकि कीचड़ जल्दी से अपने फर से छिड़का जा सके, आप गंदे कुत्ते के "उत्प्रेरक" के रूप में साफ-कुत्ते की "प्रतिक्रिया" के रूप में प्रभावी रूप से कार्य करेंगे।

अक्सर, एक मध्यवर्ती उत्पाद प्रतिक्रिया के किसी भी सामान्य सारांश में नहीं दिखाया जाता है, एक अभिकारक और उत्प्रेरक से बनता है, और जब इस परिसर को एक या अधिक अंतिम उत्पाद में बदल दिया जाता है, तो उत्प्रेरक को पुन: उत्पन्न किया जाता है जैसे कि इसमें से किसी को कुछ भी नहीं हुआ था सब। जैसा कि आप जल्द ही देखेंगे, यह प्रक्रिया कई तरीकों से हो सकती है।

एक प्रतिक्रिया माना जाता है सजातीय उत्प्रेरित जब उत्प्रेरक और अभिकारक एक ही भौतिक अवस्था या अवस्था में हों। यह अक्सर गैसीय उत्प्रेरक-अभिकारक जोड़े के साथ होता है। सजातीय उत्प्रेरक के प्रकारों में कार्बनिक अम्ल शामिल होते हैं जिसमें दान किए गए हाइड्रोजन परमाणु को एक धातु द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, a किसी न किसी रूप में कार्बन और धातु तत्वों को मिलाने वाले यौगिकों की संख्या, और कार्बोनिल यौगिक कोबाल्ट या. में शामिल हो गए लोहा।

तरल पदार्थ से जुड़े इस प्रकार के कटैलिसीस का एक उदाहरण पर्सल्फेट और आयोडाइड आयनों का सल्फेट आयन और आयोडीन में रूपांतरण है:

रों₂हे₈^2- + 2 मैं^- → 2 SO₄^2- + मैं₂

अनुकूल ऊर्जाओं के बावजूद इस प्रतिक्रिया को अपने आप आगे बढ़ने में मुश्किल होगी, क्योंकि दोनों अभिकारक ऋणात्मक रूप से आवेशित होते हैं और इसलिए उनके इलेक्ट्रोस्टैटिक गुण उनके रसायन के विरोध में होते हैं गुण। लेकिन अगर लोहे के आयन, जो एक सकारात्मक चार्ज करते हैं, को मिश्रण में जोड़ा जाता है, तो लोहा नकारात्मक चार्ज को "विचलित" करता है और प्रतिक्रिया तेजी से आगे बढ़ती है।

एक स्वाभाविक रूप से होने वाली गैसीय सजातीय उत्प्रेरण ऑक्सीजन गैस का रूपांतरण है, या O₂, वातावरण में ओजोन के लिए, या O₃, जहां ऑक्सीजन रेडिकल्स (O^-) मध्यवर्ती हैं। यहाँ सूर्य से आने वाली पराबैंगनी प्रकाश ही सच्चा उत्प्रेरक है, परन्तु उपस्थित प्रत्येक भौतिक यौगिक एक ही (गैस) अवस्था में है।

एक प्रतिक्रिया माना जाता है विषम रूप से उत्प्रेरित जब उत्प्रेरक और अभिकारक अलग-अलग चरणों में होते हैं, तो उनके बीच इंटरफेस पर होने वाली प्रतिक्रिया के साथ (आमतौर पर, गैस-ठोस "सीमा")। कुछ अधिक सामान्य विषमांगी उत्प्रेरकों में अकार्बनिक-अर्थात् गैर-कार्बन-युक्त ठोस जैसे कि मौलिक शामिल हैं। धातु, सल्फाइड और धात्विक लवण, साथ ही साथ कार्बनिक पदार्थों का एक चकनाचूर, उनमें से हाइड्रोपरॉक्साइड और आयन एक्सचेंजर्स

जिओलाइट विषमांगी उत्प्रेरकों का एक महत्वपूर्ण वर्ग है। ये क्रिस्टलीय ठोस होते हैं जो SiO. की दोहराई जाने वाली इकाइयों से बने होते हैं₄. इनमें से चार जुड़े हुए अणुओं की इकाइयाँ अलग-अलग वलय और पिंजरे की संरचना बनाने के लिए एक साथ जुड़ी हुई हैं। क्रिस्टल में एक एल्यूमीनियम परमाणु की उपस्थिति एक चार्ज असंतुलन पैदा करती है, जो एक प्रोटॉन (यानी, एक हाइड्रोजन आयन) द्वारा ऑफसेट होती है।

एंजाइम प्रोटीन होते हैं जो जीवित प्रणालियों में उत्प्रेरक के रूप में कार्य करते हैं। इन एंजाइमों में सब्सट्रेट बाइंडिंग साइट या सक्रिय साइट नामक घटक होते हैं, जहां उत्प्रेरण के तहत प्रतिक्रिया में शामिल अणु संलग्न हो जाते हैं। सभी प्रोटीनों के घटक भाग अमीनो एसिड होते हैं, और इनमें से प्रत्येक व्यक्तिगत एसिड में एक छोर से दूसरे छोर तक असमान चार्ज वितरण होता है। यह गुण मुख्य कारण है कि एंजाइमों में उत्प्रेरक क्षमताएं होती हैं।

एंजाइम पर सक्रिय साइट सब्सट्रेट (अभिकारक) के सही हिस्से के साथ एक साथ फिट होती है, जैसे कि एक ताला में जाने वाली चाबी। ध्यान दें कि पहले वर्णित उत्प्रेरक अक्सर भिन्न प्रतिक्रियाओं की एक सरणी उत्प्रेरित करते हैं और इसलिए एंजाइम की रासायनिक विशिष्टता की डिग्री के अधिकारी नहीं होते हैं।

सामान्य तौर पर, जब अधिक सब्सट्रेट और अधिक एंजाइम मौजूद होते हैं, तो प्रतिक्रिया अधिक तेज़ी से आगे बढ़ेगी। लेकिन अगर अधिक से अधिक सब्सट्रेट को बिना अधिक एंजाइम जोड़े भी जोड़ा जाता है, तो सभी एंजाइमेटिक बाध्यकारी साइटें संतृप्त हो जाती हैं, और प्रतिक्रिया उस एंजाइम के लिए अपनी अधिकतम दर तक पहुंच गई है एकाग्रता। एक एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित प्रत्येक प्रतिक्रिया को एंजाइम की उपस्थिति के कारण बनने वाले मध्यवर्ती उत्पादों के रूप में दर्शाया जा सकता है। यानी लिखने के बजाय:

एस → पी

किसी सब्सट्रेट को उत्पाद में रूपांतरित होते दिखाने के लिए, आप इसे इस प्रकार चित्रित कर सकते हैं:

ई + एस → ईएस → ई + पी

जिसमें मध्य पद एंजाइम-सब्सट्रेट (ES) कॉम्प्लेक्स है।

एंजाइम, हालांकि ऊपर सूचीबद्ध लोगों से अलग उत्प्रेरक की श्रेणी के रूप में वर्गीकृत हैं, या तो सजातीय या विषम हो सकते हैं।

एंजाइम एक संकीर्ण तापमान सीमा के भीतर बेहतर ढंग से कार्य करते हैं, जो समझ में आता है कि आपके शरीर के तापमान में सामान्य परिस्थितियों में कुछ डिग्री से अधिक का उतार-चढ़ाव नहीं होता है। अत्यधिक गर्मी कई एंजाइमों को नष्ट कर देती है और उनके विशिष्ट त्रि-आयामी आकार को खो देती है, एक प्रक्रिया जिसे विकृतीकरण कहा जाता है जो सभी प्रोटीनों पर लागू होता है।