Կատալիզ

Կատալիզ ( - տրոհում), քիմիական ռեակցիայի արագության փոփոխություն կատալիզատորների 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  ակտիվ կոմպլեքս  վերջնանյութեր։

Ըստ այս մոդելի, ռեակցիայի արագությունը համեմատական է ակտիվացման պրոցեսի ստանդարտ ազատ էներգիայի () փոփոխությանը։ Եթե կատալիզատորի բացակայությամբ ստանդարտ ազատ էներգիան  (չկ) է և կատալիզատորի ներկայությամբ՝  (կ), ապա (կ) < (չկ)։ -նրի տարբերությունը հետևանք է այն բանի, որ չկատալիզված և կատալիզված ռեակցիաներն ընթանում են տարբեր մեխանիզմներով։

Հիմնական սկզբունքներ 

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

կամ 

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՝ 
 կատալիզատորը փոխում է ռեակցիայի մեխանիզմը՝ մասնակցելով ռեակցիայի միջանկյալ փուլերին.
 ռեակցիայի վերջում այն քանակապես վերականգնվում է.
 կատալիզատորի ներկայությամբ փոխվում է ակտիվ կոմպլեքսի բաղադրությունը (X1-ի փոխարեն ստացվում է X2)։

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,

 ռեակցիան կատալիզվում է ջրով, որի առկայությամբ ծնունդ են առնում H և OH- ռեակցունակ միջանկյալ մասնիկները։

Տեսակներ 
Գոյություն ունեն համասեռ (հոմոգեն) և տարասեռ (հետերոգեն) կատալիզներ։

Հոմոգեն 
Համասեռի դեպքում ռեագենտները և կատալիզատորը գտնվում են միևնույն ֆազում։ Ռեագենտները և կատալիզատորը, օրինակ, գազեր են 
 

հեղուկներ 
 

պինդ նյութեր

Հետերոգեն 
Տարասեռի դեպքում ռեագենտները և կատալիզատորը գտնվում են տարբեր ֆազերում, օրինակ,

 

Միջանկյալ միկրոտարասեռ կատալիզը, երբ կատալիզատորը գտնվում է կոլոիդային վիճակում կամ բարձրմոլեկուլային նյութ է, օրինակ, միցելները, ֆերմենտները։

Կատալիզված ռեակցիաներ 
Ըստ ռեագենտի և կատալիզատորի փոխազդեցության բնույթի, կատալիզված ռեակցիաները լինում են թթվահիմնային և օքսիդավերականգնման։

Թթվահիմնային կատալիզ 
Թթվայինի դեպքում H+ է անցնում կատալիզատորից (HA) ռեագենտին (C)՝ 
 

 

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 կատալիզ 
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։

Առանձնահատկություններ 
Կատալիզին հատուկ են մի շարք առանձնահատկություններ՝ ազդեցության յուրահատկություն (յուրաքանչյուր քիմիական ռեակցիակամ 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։

Տես նաև 
Կատալիզատորներ
Ինհիբիտոր
Ավտոկատալիզ

Գրականություն 
 Боресков Г. К. Катализ. Вопросы теории и практики. — Новосибирск, 1987.
 Гейтс Б. Химия каталитических процессов / Б. Гейтс, Дж. Кетцир, Г. Шуйт. — М.: Мир, 1981. — 551 с.
 Журнал «Кинетика и катализ ».
 Колесников И. М. Катализ и производство катализаторов. — М.: Техника, 2004. — 399 с.
 Яблонский Г. С., Быков В. И., Горбань А. Н. Кинетические модели каталитических реакций. — Новосибирск: Наука (Сиб. отделение), 1983. — 255 c.

Արտաքին հղումներ 
 Science Aid: Catalysts Page for high school level science
 W.A. Herrmann Technische Universität presentation 
 Alumite Catalyst, Kameyama-Sakurai Laboratory, Japan
 Inorganic Chemistry and Catalysis Group, Utrecht University, The Netherlands
 Centre for Surface Chemistry and Catalysis 

Կատալիզ
Քիմիական կինետիկա