Καταλύτες: Ονομάζονται τα σώματα που με την παρουσία τους σε μικρά ποσά, αυξάνουν την ταχύτητα μίας αντίδρασης, ενώ στο τέλος της παραμένουν ουσιαστικά αμετάβλητα, τόσο ποιοτικά όσο και ποσοτικά.

Είδη κατάλυσης: α. Ομογενής κατάλυση: Ο καταλύτης και τα αντιδρώντα σώματα βρίσκονται στην ίδια φάση. β. Ετερογενής κατάλυση: Ο καταλύτης και τα αντιδρώντα σώματα βρίσκονται σε διαφορετικές φάσεις. γ. Αυτοκατάλυση: Κάποιο από τα προϊόντα της αντίδρασης δρά ως καταλύτης. Στην περίπτωση της αυτοκατάλυσης, είναι πιθανό η ταχύτητα της αντίδρασης να αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου.

Αντίδραση με και χωρίς καταλύτη 1

Αντίδραση με και χωρίς καταλύτη 2

αυτοκατάλυση Η ταχύτητα της αντίδρασης στην αρχή είναι μικρή μετά από κάποιο χρονικό διάστημα αυξάνει απότομα λόγω της παραγωγής ποσότητας προϊόντος που δρα ως καταλύτης

Ερμηνεία της δράσης των καταλυτών: • Οι καταλύτες αυξάνουν την ταχύτητα μίας αντίδρασης γιατί επεμβαίνουν στο μηχανισμό της με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργηθεί μία νέα πορεία, με μικρότερη ενέργεια ενεργοποίησης. •

Ο καταλύτης μειώνει την ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης

ενέργεια ενεργοποίησης και κατάλυση Insert figure 15.8

Ο καταλύτης μειώνει την ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης

Θεωρία προσρόφησης: όταν ο καταλύτης είναι στερεός και σε λεπτό διαμερισμό, ενώ τα αντιδρώντα στην αέρια ή στην υγρή φάση. Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή, τα μόρια των αντιδρώντων προσροφώνται στην επιφάνεια του καταλύτη, με αποτέλεσμα οι δεσμοί μεταξύ των μορίων των αντιδρώντων να εξασθενούν και να αυξάνεται η συγκέντρωση των αντιδρώντων στο χώρο, γύρω από την επιφάνεια του καταλύτη. Αποτέλεσμα των παραπάνω είναι η αύξηση της ταχύτητας της αντίδρασης.

μέθοδος σύνθεσης ΝΗ3 Haber Fe/Al2O3/K2O καταλύτης N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) Τα αντιδρώντα προσροφώνται στην επιφάνεια του καταλύτη

Θεωρία της προσρόφησης (υδρογόνωση αιθένιου) Θεωρία της προσρόφησης (υδρογόνωση αιθένιου)

Καταλυτικός μετατροπέας στα αυτοκίνητα καταλυτικός μετατροπέας CO +άκαυστοι υδρογονάνθρακες+O2 CO2 + H2O καταλυτικός μετατροπέας NO + NO2 N2 + O2

Προσρόφηση CO και Ο2 στο καταλύτη του αυτοκινήτου και μετατροπή τους σε CO2

Επίδραση καταλύτη στην ταχύτητα της παραγωγής Ο2

Θεωρία των ενδιάμεσων προϊόντων Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή, η αργή αντίδραση της μορφής: Α + Β  ΑΒ παρουσία καταλύτη ακολουθεί ένα άλλο μηχανισμό δύο σταδίων. Στο πρώτο στάδιο ο καταλύτης (Κ) δημιουργεί ένα ενδιάμεσο προϊόν ΑΚ, ενώ στο δεύτερο δημιουργείται το τελικό προϊόν ΑΒ και ο καταλύτης αναγεννάτε. Δηλαδή: Απουσία καταλύτη: Α + Β  ΑΒ (αργή αντίδραση) Παρουσία καταλύτη: Α + Κ  ΑΚ (γρήγορη αντίδραση) 1ο στάδιο ΑΚ + Β  ΑΒ + Κ (γρήγορη αντίδραση) 2ο στάδιο Συνολική αντίδραση: Α + Β ΑΒ Παρατηρούμε ότι ούτε ο καταλύτης, ούτε το ενδιάμεσο προϊόν ΑΚ εμφανίζονται στη χημική εξίσωση της συνολικής αντίδρασης.

Εξήγηση δράσης καταλύτη

Ένζυμα ή βιοκαταλύτες ή βιοχημικοί καταλύτες , είναι ουσίες που δρουν καταλυτικά σε βιοχημικές αντιδράσεις. • Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των ενζύμων: α. Πολύπλοκη δομή, συνήθως είναι μόρια πρωτεϊνικής φύσης με μεγάλες σχετικές μοριακές μάζες που κυμαίνονται από 105 έως 106 . β. Πολύ εξειδικευμένη δράση, συνήθως καταλύουν μία μόνο αντίδραση. γ. Επηρεάζονται από το pH και τη θερμοκρασία, τα περισσότερα ένζυμα αδρανοποιούνται σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 50 οC. δ. Είναι πολύ πιο αποτελεσματικά από τους μη βιοχημικούς καταλύτες.

Διάγραμμα ενέργειας της αντίδρασης με και χωρίς καταλύτη Εα χωρίς καταλύτη αντιδρώντα Εα με καταλύτη Ενδιάμεσα προιόντα

Ένζυμα ή βιοκαταλύτες 13.6

Δράση ενζύμων

Καταλυτική δράση ενζύμων