化学における触媒作用の定義
触媒は、より低い活性化エネルギーを持つ化学反応のための異なるエネルギー経路を可能にします。触媒は化学反応で消費されません。スモークフット、ウィキペディア・コモンズ
触媒作用 を増加させると定義されます。 化学反応の速度 を導入することで 触媒 .触媒は、順番に、によって消費されない物質です。 化学反応 が、その値を下げるように作用します 活性化エネルギー .言い換えれば、触媒は両方です 反応物 と 製品 化学反応の。典型的には、非常に少量の触媒のみが必要です。 触媒する 反応。
触媒作用の SI 単位はカタールです。これは、1 秒あたりのモル数である派生単位です。酵素が反応を触媒する場合、好ましい単位は酵素単位です。触媒の有効性は、単位時間あたりの TON であるターンオーバー数 (TON) またはターンオーバー頻度 (TOF) を使用して表すことができます。
触媒作用は、化学産業において重要なプロセスです。商業的に生産される化学物質の 90% は、触媒プロセスを介して合成されると推定されています。
「触媒作用」という用語は、物質が消費される反応を指すために使用されることがあります (例: 塩基触媒によるエステル加水分解)。による IUPAC 、これは用語の誤った使用法です。この場合、反応に加えられる物質は アクティベーター 触媒ではなく。
重要ポイント: 触媒作用とは?
- 触媒作用は、化学反応に触媒を加えることによって、化学反応の速度を上げるプロセスです。
- 触媒は、反応における反応物と生成物の両方であるため、消費されません。
- 触媒作用は、反応の活性化エネルギーを下げることで機能し、熱力学的に有利になります。
- 触媒が大事！市販の化学薬品の約 90% は、触媒を使用して製造されています。
触媒作用の仕組み
触媒は、より低い活性化エネルギーで、化学反応に異なる遷移状態を提供します。反応物分子間の衝突は、触媒が存在しない場合よりも、生成物を形成するために必要なエネルギーを達成する可能性が高くなります。場合によっては、触媒作用の 1 つの効果は、反応が進行する温度を下げることです。
触媒作用は、順方向と逆方向の両方の反応速度に影響を与えるため、化学平衡を変化させません。平衡定数は変化しません。同様に、反応の理論収量は影響を受けません。
触媒の例
多種多様な化学物質を触媒として使用できます。次のような水を含む化学反応の場合 加水分解 および脱水では、プロトン酸が一般的に使用されます。触媒として使用される固体には、ゼオライト、アルミナ、グラファイト カーボン、およびナノ粒子が含まれます。遷移金属 (ニッケルなど) は、レドックス反応を触媒するために最もよく使用されます。有機合成反応は、白金、金、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、またはロジウムなどの貴金属または「後期遷移金属」を使用して触媒される場合があります。
触媒の種類
触媒の 2 つの主なカテゴリは、不均一系触媒と均一系触媒です。酵素または生体触媒は、別のグループとして、または 2 つの主要なグループの 1 つに属していると見なすことができます。
不均一触媒 触媒されている反応とは異なる相に存在するものです。例えば、液体および／または気体の混合物中で反応を触媒する固体触媒は、不均一系触媒である。このタイプの触媒の機能には、表面積が重要です。
均一系触媒 化学反応の反応物と同じ相に存在します。有機金属触媒は、均一系触媒の一種です。
酵素 タンパク質ベースの触媒です。それらは一種の 生体触媒 .可溶性酵素は均一系触媒ですが、膜結合型酵素は不均一系触媒です。生体触媒は、アクリルアミドと高果糖コーン シロップの商業合成に使用されます。
関連用語
プレ触媒 化学反応の過程で触媒に変化する物質です。触媒前駆体が活性化されて触媒になる間、誘導期間があってもよい。
助触媒 と プロモーター 触媒活性を助ける化学種に付けられた名前です。これらの物質が使用されるとき、プロセスは呼ばれます 協同触媒作用 .
ソース
- IUPAC (1997)。 化学用語集 (第 2 版) (「ゴールド ブック」)。ドイ: 10.1351/ゴールドブック.C00876
- Knözinger、Helmut および Kochloefl、Karl (2002 年)。 「不均一系触媒と固体触媒」 工業化学のウルマン百科事典 . Wiley-VCH、ワインハイム。ドイ: 10.1002/14356007.a05_313
- レイドラー、K.J.およびＭｅｉｓｅｒ，Ｊ．Ｈ． （1982）。 物理化学 .ベンジャミン/カミングス。 ISBN 0-618-12341-5。
- マーゼル、リチャード I. (2001)。 化学反応速度論と触媒作用 .ワイリー-インターサイエンス、ニューヨーク。 ISBN 0-471-24197-0。
- Matthiesen J、Wendt S、Hansen JØ、Madsen GK、Lira E、Galliker P、Vestergaard EK、Schaub R、Laegsgaard E、Hammer B、Besenbacher F (2009). 「走査型トンネル顕微鏡による酸化物表面での化学反応のすべての中間段階の観察」。 ACSナノ . 3 (3): 517–26.ドイ: 10.1021/nn8008245