Katalysatorer Definition och hur de fungerar

En katalysator är ett kemiskt ämne som påverkar hastigheten på en kemisk reaktion genom att förändra den aktiveringsenergi som krävs för att reaktionen ska fortsätta. Denna process kallas katalys. En katalysator konsumeras inte av reaktionen och den kan delta i flera reaktioner i taget. Den enda skillnaden mellan en katalyserad reaktion och en okatalyserad reaktion är att aktiveringsenergin är annorlunda. Det har ingen effekt på reaktanternas eller produkternas energi. ΔH för reaktionerna är densamma.

Hur katalysatorer fungerar

Katalysatorer tillåter en alternativ mekanism för reaktanterna att bli produkter, med en lägre aktiveringsenergi och olika övergångstillstånd. En katalysator kan tillåta en reaktion att fortsätta vid en lägre temperatur eller öka reaktionshastigheten eller selektiviteten. Katalysatorer reagerar ofta med reaktanter för att bilda mellanprodukter som så småningom ger samma reaktionsprodukter och regenererar katalysatorn. Observera att katalysatorn kan konsumeras under ett av mellanstegen, men den skapas igen innan reaktionen är klar.

Positiva och negativa katalysatorer (hämmare)

Vanligtvis när någon hänvisar till en katalysator, menar de en positiv katalysator, vilket är en katalysator som påskyndar hastigheten för en kemisk reaktion genom att sänka dess aktiveringsenergi. Det finns också negativa katalysatorer eller hämmare, som saktar hastigheten för en kemisk reaktion eller gör att det är mindre troligt att det inträffar.

Promotorer och katalytiska gifter

En promotor är ett ämne som ökar aktiviteten hos en katalysator. Ett katalytiskt gift är ett ämne som inaktiverar en katalysator.

Katalysatorer i aktion

• Enzymer är reaktionsspecifika biologiska katalysatorer. De reagerar med ett substrat för att bilda en instabil mellanförening. Till exempel katalyserar kolanhydras reaktionen:
  H₂CO₃(aq) ⇆ H₂O (l) + CO₂(Aq)
  Enzymet tillåter reaktionen att nå jämvikt snabbare. När det gäller denna reaktion gör enzymet det möjligt för koldioxid att diffundera ur blod och in i lungorna så att det kan andas ut.
• Kaliumpermanganat är en katalysator för sönderdelning av väteperoxid till syregas och vatten. Tillsättning av kaliumpermanganat ökar reaktionens temperatur och dess hastighet.
• Flera övergångsmetaller kan fungera som katalysatorer. Ett bra exempel på platina i en katalytisk omvandlare för en bil. Katalysatorn gör det möjligt att förvandla giftig kolmonoxid till mindre giftig koldioxid. Detta är ett exempel på heterogen katalys.
• Ett klassiskt exempel på en reaktion som inte fortsätter med en märkbar hastighet förrän en katalysator tillsätts är den mellan vätgas och syrgas. Om du blandar de två gaserna händer ingenting mycket. Men om du lägger till värme från en upplyst tändsticka eller en gnista, övervinner du aktiveringsenergin för att få reaktionen igång. I denna reaktion reagerar de två gaserna för att producera vatten (explosivt).
  H₂ + O₂ ↔ H₂O
• Förbränningsreaktionen är liknande. Till exempel när du bränner ett ljus övervinner du aktiveringsenergin genom att applicera värme. När reaktionen startar övervinner värme som frigörs från reaktionen den aktiveringsenergi som krävs för att den ska kunna fortsätta.