Կատալիզ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Ռեակցիոն համակարգի էներգիայի փոփոխությունը ռեակցիայի ընթացքում։
A—ելային վիճակ, B—միջանկյալ միացություն, C—վերջնանյութերի, X1, X2’, X2’’—ակտիվացված կոմպլեքսների համապատասխան վիճակներ

Կատալիզ (հունարեն՝ χατάλνσιξ-տրոհում), քիմիական ռեակցիայի արագության փոփոխություն կատալիզաաորների ազդեցությամբ, որոնք ռեակցիայի ընթացքում քանակապես անփոփոխ են մնում: Քիմիական ռեակցիայի արագության մեծացման դեպքում կատալիզ կոչվում է դրական, փոքրացման դեպքում՝ բացասական: Կատալիզատորների մասնակցությամբ ընթացող ռեակցիաները կոչվում են կատալիտիկ: Եթե կատալիզատորը գոյանում է ռեակցիայի ընթացքում, ապա ռեակցիան կոչվում է ինքնակատալիզված, իսկ երևույթը՝ ինքնակատալիզ: Ռեակցիաների բացարձակ արագությունների տեսության համաձայն ցանկացած տարրական ռեակցիա ընթանում է ռեագենտների փոխազդեցության հետևանքով միջանկյալ շատ ռեակցունակ գոյացության՝ ակտիվ կոմպլեքսի առաջացման վրայով՝ ելանյութեր  \rightleftarrows ակտիվ կոմպլեքս  \rightarrow վերջնանյութեր: Ըստ այս մոդելի, ռեակցիայի արագությունը համեմատական է ակտիվացման պրոցեսի ստանդարտ ազատ էներգիայի ( \vartriangle G_{o}^{\neq} ) փոփոխությանը: Եթե կատալիզատորի բացակայությամբ ստանդարտ ազատ էներգիան  \vartriangle G_{o}^{\neq} (չկ) է և կատալիզատորի ներկայությամբ՝  \vartriangle G_{o}^{ \neq} (կ), ապա  \vartriangle G_{o}^{ \neq}(կ) <  \vartriangle G_{o}^{ \neq} (չկ):  \vartriangle G_{o}^{ \neq} -նրի տարբերությունը հետևանք է այն բանի, որ չկատալիզված և կատալիզված ռեակցիաներն ընթանում են տարբեր մեխանիզմներով: Կատալիզատորի ներկայությամբ ռեակցիան ընթանում է նոր, ավելի հարմար ուղիով: Ռեակցիայի նոր ճանապարհն ավելի ձեռնտու է, որովհետև նրա իրականացման համար պահանջվում է ավելի փոքր ակտիվացման էներգիա: Ըստ գծագրի, չկատալիզված և կատալիզված ռեակցիաների ակտիվացման էներգիաների տարբերությունը հավասար է (E1-E2') [կամ (E1-E3)]: Եթե A-ն և B-ն ռեագենտներ են և K-ն կատալիզատոր, ապա կատալիզատորի բացակայությամբ՝ A+B\rightarrow X1 \rightarrow վերջնանյութեր (C) (կոր 1) և կատալիզատորի առկայությամբ A+K \rightleftarrows X2’, X2’+B \rightleftarrows X2’’  \rightleftarrows C+K (կոր 2): Եթե ելանյութի և կատալիզի փոխազդեցության հետևանքով չի առաջանում միջանկյալ կայուն միացություն, ապա կատալիզված ռեակցիայի ընթացքը կպատկերվի (3) կորով: Կատալիզատորի ազդեցության վերաբերյալ բերված պատկերումից հետևում է՝ 1. կատալիզատորը փոխում է ռեակցիայի մեխանիզմը՝ մասնակցելով ռեակցիայի միջանկյալ փուլերին. 2. ռեակցիայի վերջում այն քանակապես վերականգնվում է. 3. կատալիզատորի ներկայությամբ փոխվում է ակտիվ կոմպլեքսի բաղադրությունը (X1-ի փոխարեն ստացվում է X’2)։ Ուրեմն, կատալիզը երևույթ է, երբ ակտիվ կոմպլեքսի բաղադրության մեջ մտնում է մի նյութ, որը, ռեակցիայի ընթացքում քանակապես անփոփոխ մնալով, փոխում է ռեակցիայի մեխանիզմը։ Որոշ դեպքերում կատալիզատորների առկայությամբ ռեակցիայի ընթացքում ծնունդ են առնում էներգիայով հարուստ միջանկյալ մասնիկներ, որոնք արագացնում են ռեակցիան (ճյուղավորված շղթայական ռեակցիաներ), օրինակ, CO+O2 ռեակցիան կատալիզվում է ջրով, որի առկայությամբ ծնունդ են առնում H և OH- ռեակցունակ միջանկյալ մասնիկները։ Գոյություն ունեն համասեռ (հոմոգեն) և տարասեռ (հետերոգեն) կատալիզ։ Համասեռի դեպքում ռեագենտները և կատալիզատորը գտնվում են միևնույն ֆազում։ Ռեագենտները և կատալիզատորը, օրինակ, գազեր են (2SO2+O2+NO2  \rightleftarrows 2SO3+NO2), հեղուկներ (CH3COOC2H5+H2O+H+  \rightleftarrows CH3COOH+C2H5OH+H+), պինդ նյութեր (2KClO3+MnO2  \rightleftarrows 2KCl+3O2+MnO2)։ Տարասեռի դեպքում ռեագենտները և կատալիզատորը գտնվում են տարբեր ֆազերում, օրինակ, 4NH3 (գ)+5O2 (գ)+Pt (պ) \rightleftarrows 4NO+6H2Օ+Pt։ Միջանկյալ միկրոտարասեռ կատալիզը, երբ կատալիզատորը գտնվում է կոլոիդային վիճակում կամ բարձրմոլեկուլային նյութ է, օրինակ, միցելները, ֆերմենտները։ Ըստ ռեագենտի և կատալիզատորի փոխազդեցության բնույթի, կատալիզված ռեակցիաները լինում են թթվահիմնային և օքսիդավերականգնման։ Թթվայինի դեպքում H+ է անցնում կատալիզատորից (HA) ռեագենտին (C)՝ C+HA  \rightarrow CH++A-, CH++D  \rightarrow E+F+H+ հիմնայինի դեպքում՝ OH կամ H+ հակառակ ուղղությամբ։ Ապրոտոնային թթուների (Լյուիսի թթուների) առկայությամբ ռեագենտ-կատալիզատոր փոխազդեցությունը իրականանում է էլեկտրոնների զույգի մասնակցությամբ։ Թթվահիմնային կատալիզ կարող է տեղի ունենալ իոնափոխանակային խեժերի առկայությամբ։ Օքսիդավերականգնման կատալիզի դեպքում ռեագենտ-կատալիզաաոր փոխազդեցությունը տեղի է ունենում էլեկտրոնների անցումով։ Կիսահաղորդչային կատալիզատորը պատկանում է այդ դասին։ Օքսիդավերականգնման ռեակցիաներում կատալիզելու ակտիվություն ունեն հատկապես d-տարրերը։ Կատալիզին հատուկ են մի շարք առանձնահատկություններ՝ ազդեցության յուրահատկություն (յուրաքանչյուր քիմիական ռեակցիա կամ նմանատիպ ռեակցիաների դաս կարող է կատալիզվել միայն որոշակի նյութերով)։ Այս հատկությունը առավել ցայտուն է ֆերմենտների մոտ։ Կատալիզատորի այս հատկության չափանիշը կատալիզատորի ընտրողականությունն է։ Սա արագությունների հարաբերություն է՝ հայտարարը ելանյութի սպառման արագությունն է, համարիչը՝ հետաքրքրության առարկա հանդիսացող նյութի կուտակման արագությունը։ Կատալիտիկ ակտիվությունը որոշվում է կատալիզատորի միավոր զանգվածին, կոնցենտրացիային կամ մակերեսին ընկնող ռեակցիայի արագությամբ։ Պրոմոտորների ներկայությամբ կատալիզատորի ակտիվությունը մեծանում է, թույների (ինհիբիտորների) ներկայությամբ՝ նվազում։ Կատալիզատորի բաղադրության ընտրությունը բարդ խնդիր է, կատարվում է փորձարարական ճանապարհով։

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Հայկական սովետական հանրագիտարանից, որի նյութերը թողարկված են Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) թույլատրագրի ներքո։ CC-BY-SA-icon-80x15.png