کاتالیست یا کاتالیزور چیست؟
کاتالیست ماده‌ای شیمیایی است که از آن، برای افزایش سرعت واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌شود. همانطور که می‌دانید هر چه انرژی فعالسازی بیشتر باشد، انجام یک واکنش، دشوارتر خواهد بود. از این رو کاتالیست‌ها، با خاصیتی که دارند موجب کاهش انرژی فعالسازی شده و سرعت واکنش را افزایش می‌دهند. ناگفته نماند که کاتالیزورها، هیچ شرکتی در واکنش ندارند و می‌توانند بارها مورد استفاده قرار بگیرند.
وظیفه کاتالیست
بیشتر اوقات از کاتالیست‌ها برای افزایش سرعت واکنش استفاده می‌شود. بااین‌حال، اگر بخواهیم دقیق‌تر نگاه کنیم می‌توان گفت، از کاتالیزورها برای شکستن یا بازسازی پیوندهای شیمیایی بین اتم‌ها که در مولکول‌های عناصر یا ترکیبات مختلف وجود دارد، استفاده می‌شود. مهم‌ترین نکته در رابطه با کاتالیست‌ها این است که در واکنش‌های شیمیایی مصرف نمی‌شوند، اما می‌توانند به طور مکرر مورد استفاده قرار گیرند. معمولا برای تسریع انجام یک واکنش، مقادیر کمی کاتالیست کافی می‌باشد. مطالعه و کسب اطلاعات راجع به کاتالیست‌ها بسیار حائز اهمیت است. زیرا بسیاری از فرایندهای صنعتی برای انجام به کاتالیزورها وابسته‌اند. همچنین زندگی بدون وجود کاتالیزورهای بیولوژیکی که آنزیم نامیده می‌شوند، ممکن نخواهد بود.
برخی از خصوصیات مهم یک کاتالیست :
- کاتالیست در واکنش مصرف نمی‌شود.
- یک کاتالیست شروع کننده واکنش شیمیایی نمی‌باشد.
- می‌تواند در انتها، بارها و بارها مورد استفاده قرار گیرد.
- می‌تواند جامد، مایع یا گازی شکل باشد.
- برای کاتالیزور جامد می‌توان به فلزات یا اکسیدهای آنها مانند سولفیدها اشاره کرد. گاها از کاتالیزورهای مایع و گازی، به همراه حلال‌ها یا حامل‌های مناسب نیز استفاده می‌شود. واكنش‌هایی كه شامل يك كاتاليزور در سيستم خود می‌باشد به عنوان واكنش‌های كاتاليزوری در نظر گرفته می‌شود.
انواع کاتالیست
بر اساس وضعیت فیزیکی ماده‌ای که در واکنش شیمیایی استفاده می‌شود، کاتالیزورها به چهار نوع دسته‌بندی می‌شوند.
- کاتالیست همگن
در واکنشی که کاتالیزور استفاده شده در واکنش و واکنش دهنده‌ها در یک حالت مشابه از ماده هستند، از این فرایند به عنوان کاتالیز همگن یاد می‌شود. در این فرایند واکنش دهنده‌ها و کاتالیزورهای همگن در یک فاز عمل می‌کنند.
- کاتالیست ناهمگن
در کاتالیست ناهمگن مواد واکنش دهنده در یک واکنش و کاتالیزور در حالت ماده یا فاز یکسان قرار ندارند. تهیه آمونیاک توسط فرایند هابر یکی از مهم‌ترین مثال‌های این روش است. مثال رایج دیگر تولید سولفوریک اسید می‌باشد.
- کاتالیست خودکار
در واکنش کاتالیست خودکار هیچ کاتالیزور خاصی به واکنش اضافه نمی‌شود. در عوض، یکی از محصولات به عنوان کاتالیزور عمل کرده و سرعت تشکیل محصولات را افزایش می‌دهد.
- کاتالیست زیستی
کاتالیست زیستی آنزیم‌هایی هستند که واکنش‌های بیوشیمیایی بدن را کاتالیز می‌کنند. اکثر آنزیم‌ها ساختار پروتئینی دارند و بر اساس واکنشی که کاتالیز می‌کنند، نام‌های مختلفی به آنها داده شده است.
دسته‌بندی کاتالیست‌ها بر اساس نیاز واکنش شیمیایی
انواع مختلفی از کاتالیزورها وجود دارد که بسته به نیاز در واکنش شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه به صورت کوتاه شرح داده می‌شود.
- کاتالیزورهای مثبت
کاتالیزورهایی که سرعت واکنش شیمیایی را افزایش می‌دهند، کاتالیزورهای مثبت می‌باشند. این ترکیبات با کاهش موانع انرژی فعالسازی، سرعت واکنش را بالا می‌برند. به طوری که تعداد زیادی از مولکول‌های این واکنش به محصول تبدیل می‌شود. بنابراین درصد عملکرد و بازدهی محصولات افزایش می‌یابد. برای مثال در تهیه آمونیاک توسط فرایند هابر، اکسید آهن به عنوان یک کاتالیزور مثبت عمل می‌کند و علی رغم واکنش پذیری کمتر نیتروژن، بازدهی آمونیاک را افزایش می‌دهد.
- کاتالیزورهای منفی
کاتالیزورهایی که سرعت واکنش را کاهش می‌دهند، کاتالیزور منفی نامیده می‌شود. این عمل با افزایش سد انرژی فعالسازی که باعث کاهش تعداد مولکول‌های واکنش دهنده برای تبدیل به محصولات می‌شود، سرعت واکنش را می‌کاهد. برای مثال تجزیه هیدروژن پراکسید به آب و اکسیژن با استفاده از استانیلید کاهش می‌یابد. درنتیجه این ماده به عنوان یک کاتالیزور منفی برای کاهش سرعت تجزیه پراکسید هیدروژن عمل می‌کند.
- شتاب دهنده‌ها
ماده‌ای که فعالیت کاتالیزور را افزایش می‌دهد، به عنوان پروموتر و یا تسریع کننده شناخته می‌شوند.
- سموم یا بازدارنده‌های کاتالیست
ماده‌ای که فعالیت کاتالیزور را کاهش می‌دهد، به عنوان سموم یا مهارکننده‌های کاتالیزور شناخته می‌شوند.
.
.
.
.
جمع‌بندی
(کاتالیست‌ها نه تنها در سطح صنعتی بلکه برای دوام و بقا تمام موجودات زنده نیز بسیار ضروری و حیاتی‌اند. به طوری که بدن ما بدون وجود آنزیم (همان کاتالیست) قادر به ادامه زندگی و انجام فرایندهای حیاتی نخواهد بود. اما دقت در استفاده و آشنایی کافی با کاتالیزورها در هر واکنش از ارکان بسیار مهم و اساسی برای جلوگیری از هرگونه آسیب و خطر می‌باشد.)