다양한 유형의 촉매

화학에서 촉매 반응에 소비되지 않고 반응 속도를 높이는 물질입니다. 촉매를 사용하는 모든 반응은 촉매 작용. 화학 자료를 읽을 때이 구분에주의하십시오. 촉매 (복수 "촉매")는 물리적 물질이지만 촉매 (복수 "촉매")는 공정입니다.

각 종류의 촉매에 대한 개요는 분석 화학을 배우는 데 도움이되는 출발점입니다. 물질을 혼합하고 반응이 일어날 때 분자 수준에서 일어나는 일을 이해합니다. 촉매 및 관련 촉매 반응은 균질 촉매, 이종 촉매 및 생 촉매 (일반적으로 효소라고 함)의 세 가지 주요 유형으로 나뉩니다. 덜 일반적이지만 여전히 중요한 유형의 촉매 활동에는 광촉매, 환경 촉매 및 녹색 촉매 공정이 포함됩니다.

대부분의 고체 촉매는 산소 및 황과 같은 원소에 부착 된 금속 (예: 백금 또는 니켈) 또는 거의 금속 (예: 실리콘, 붕소 및 알루미늄)입니다. 액체 또는 기체 상태에있는 촉매는 다음과 결합 될 수 있지만 단일 원소로 구성 될 가능성이 더 높습니다. 용매 및 기타 물질 및 고체 촉매는 촉매 지지체로 알려진 고체 또는 액체 매트릭스 내에서 퍼질 수 있습니다.

촉매는 활성화 에너지 이자형_ㅏ 촉매없이 진행되지만 훨씬 더 느리게 진행되는 반응입니다. 이러한 반응은 반응물 또는 반응물보다 총 에너지가 낮은 생성물을 갖는다. 그렇지 않다면 외부 에너지를 추가하지 않으면 이러한 반응이 일어나지 않을 것입니다. 그러나 더 높은 에너지 상태에서 더 낮은 에너지 상태로 이동하려면 제품이 먼저 "고비를 극복"해야합니다. 그 "고비"는 E입니다._ㅏ. 본질적으로 촉매는 반응 에너지 도로를 따라 범프를 부드럽게합니다. 반응물의 고도를 낮추기 만하면 반응의 에너지 "다운 슬로프"에 도달 할 수 있습니다. "언덕."

화학 시스템은 양성 및 음성 촉매의 예를 특징으로하며 전자는 반응 속도를 가속화하는 경향이 있고 음성 촉매는 반응 속도를 늦추는 역할을합니다. 원하는 특정 결과에 따라 둘 다 유리할 수 있습니다.

촉매는 반응물 중 하나에 일시적으로 결합하거나 화학적으로 변형하고 물리적 특성을 변경하여 작업을 수행합니다. 반응물 또는 반응물이 다음 중 하나로 변형되기 쉽게하는 방식으로 제품. 진흙 속에 굴러 들어간 개가 안으로 들어 오기 전에 깨끗이해야한다고 상상해보십시오. 진흙은 결국 개에서 저절로 떨어질 것이지만, 만약 당신이 마당 스프링클러 방향으로 개를 찌르는 일을 할 수 있다면 진흙이 털에서 빨리 뿌려 지도록, 당신은 더러운 강아지의 "촉매"역할을하여 강아지의 "반응"을 청소하는 역할을했을 것입니다.

대부분의 경우 반응의 일반적인 요약에 표시되지 않은 중간 생성물은 반응물과 촉매로 형성됩니다. 이 복합체가 하나 이상의 최종 제품으로 변경되면 촉매는 아무 일도 일어나지 않은 것처럼 재생됩니다. 모두. 곧 알게 되겠지만이 과정은 다양한 방식으로 진행될 수 있습니다.

반응이 고려됩니다. 균일하게 촉매 촉매와 반응물 (들)이 동일한 물리적 상태 또는 위상에있을 때. 이것은 기체 촉매 반응물 쌍에서 가장 자주 발생합니다. 균질 촉매의 유형에는 기증 된 수소 원자가 금속으로 대체 된 유기산이 포함됩니다. 어떤 형태로든 탄소와 금속 원소를 혼합하는 화합물의 수와 코발트 또는 철.

액체와 관련된 이러한 유형의 촉매 작용의 예는과 황산염 및 요오드화 이온을 황산염 이온과 요오드로 변환하는 것입니다.

에스₂영형₈^2- + 2 나는^- → 2 개₄^2- + 나₂

이 반응은 유리한 에너지에도 불구하고 자체적으로 진행하기가 어려울 것입니다. 반응물은 음전하를 띠기 때문에 정전 기적 특성은 화학적 성질과 반대입니다. 자질. 그러나 양전하를 띠는 철 이온이 혼합물에 추가되면 철은 음전하를 "산만"시키고 반응은 빠르게 진행됩니다.

자연적으로 발생하는 기체 균질 촉매는 산소 기체 또는 O₂, 대기에서 오존 또는 O₃, 여기서 산소 라디칼 (O^-)는 중간체입니다. 여기서 태양의 자외선은 진정한 촉매제이지만 존재하는 모든 물리적 화합물은 동일한 (가스) 상태에 있습니다.

반응이 고려됩니다. 이질적인 촉매 촉매와 반응물 (들)이 서로 다른 단계에있을 때, 반응은 그들 사이의 계면에서 발생합니다 (가장 일반적으로 기체 고체 "경계"). 보다 일반적인 이종 촉매 중 일부는 무기질 (탄소를 포함하지 않는) 고체 (예: 원소)를 포함합니다. 금속, 황화물 및 금속염은 물론 하이드 로퍼 옥사이드 및 이온과 같은 유기 물질의 번짐 교환기.

제올라이트는 이질적인 촉매의 중요한 부류입니다. SiO의 반복 단위로 구성된 결정질 고체입니다.₄. 결합 된 4 개의 분자 단위는 서로 연결되어 서로 다른 고리 및 케이지 구조를 형성합니다. 결정에 알루미늄 원자가 있으면 전하 불균형이 발생하며 이는 양성자 (즉, 수소 이온)에 의해 상쇄됩니다.

효소는 살아있는 시스템에서 촉매 역할을하는 단백질입니다. 이 효소에는 기질 결합 부위 또는 활성 부위라고 불리는 성분이 있으며, 여기서 촉매 작용하에 반응에 관여하는 분자가 부착됩니다. 모든 단백질의 구성 부분은 아미노산이며 이러한 개별 산은 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 전하 분포가 고르지 않습니다. 이 특성은 효소가 촉매 기능을 갖는 주된 이유입니다.

효소의 활성 부위는 자물쇠로 들어가는 열쇠처럼 기질 (반응물)의 정확한 부분과 함께 맞습니다. 앞서 설명한 촉매는 종종 여러 가지 다른 반응을 촉매하므로 효소가 수행하는 화학적 특이성의 정도를 갖지 않습니다.

일반적으로 더 많은 기질과 더 많은 효소가 존재하면 반응이 더 빨리 진행됩니다. 하지만 효소를 추가하지 않고 기질을 더 많이 첨가하면 모든 효소가 결합 부위가 포화되고 반응이 해당 효소의 최대 속도에 도달했습니다. 집중. 효소에 의해 촉매되는 각 반응은 효소의 존재로 인해 형성된 중간 생성물로 표현 될 수 있습니다. 즉, 작성하는 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 위에 나열된 것과는 다른 촉매 범주로 분류되지만 균질하거나 이질적 일 수 있습니다.

효소는 좁은 온도 범위 내에서 최적으로 기능하며, 이는 정상적인 조건에서 체온이 몇도 이상 변동하지 않는다는 점을 감안할 때 의미가 있습니다. 극심한 열은 많은 효소를 파괴하고 모든 단백질에 적용되는 변성 (denaturing)이라는 과정 인 특정 3 차원 형태를 잃게 만듭니다.