Chất xúc tác là gì, Vai trò của chất xúc tác trong phản ứng hóa học

Chất xúc tác là những người hùng thầm lặng của các phản ứng hóa học khiến xã hội loài người phát triển. Vậy chất xúc tác là gì, chúng có những đặc điểm như thế nào? Hãy cùng Trang Tài Liệu khám phá khái niệm thú vị này thông qua bài viết dưới đây.

Định nghĩa chất xúc tác là gì

Chất xúc tác thường dùng để chỉ chất làm tăng tốc độ phản ứng mà không làm thay đổi năng lượng tự do Gibbs tiêu chuẩn chung của phản ứng. Nó cũng có thể được biểu thị như một phản ứng hóa học có thể làm tăng tốc độ phản ứng hóa học mà không làm thay đổi cân bằng hóa học và chất lượng của chính nó. Câu trả lời cho câu hỏi chất xúc tác là gì cũng có thể là những chất có tính chất hóa học không thay đổi trước và sau phản ứng hóa học.

Theo thống kê, hơn 90% quy trình công nghiệp sử dụng chất xúc tác, chẳng hạn như hóa chất, hóa dầu, hóa sinh, bảo vệ môi trường…

Chất xúc tác đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất hiện đại. Ví dụ, chất xúc tác sắt được sử dụng trong sản xuất amoniac, chất xúc tác vanadi được sử dụng trong sản xuất axit sunfuric và các chất xúc tác khác nhau được sử dụng trong sản xuất ba vật liệu tổng hợp chính, chẳng hạn như quá trình trùng hợp etylen và sản xuất cao su từ butadien.

Các đơn vị SI cho chất phản xúc tác

Chất phản xúc tác là katal. Đây là một đơn vị có nguồn gốc đó là nốt ruồi mỗi giây. Khi enzyme xúc tác phản ứng, đơn vị ưa thích là đơn vị enzyme. Hiệu quả của một chất xúc tác có thể được thể hiện bằng cách sử dụng số doanh thu (TẤN) hoặc tần số kim ngạch (TOF), đó là TÔN mỗi đơn vị thời gian.

Xúc tác là một quá trình quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất. Người ta ước tính rằng 90% hóa chất thương mại sản xuất được tổng hợp thông qua quá trình xúc tác.

Đôi khi thuật ngữ “chất xúc tác” được dùng để chỉ một phản ứng, 

Trong đó một chất được tiêu thụ (ví dụ, cơ sở xúc tác thủy phân este). Theo IUPAC , đây là một cách sử dụng không chính xác cụm từ đưa ra. Trong tình huống này, các chất bổ sung vào phản ứng nên được gọi là một hoạt chứ không phải là một chất xúc tác.

Phân loại chất xúc tác là gì

Có nhiều loại chất xúc tác, Theo trạng thái của chất xúc tác, có thể chia thành chất xúc tác lỏng và chất xúc tác rắn. Dưới đây là 3 loại chất xúc tác chia theo trạng thái pha của hệ phản ứng

Chất xúc tác đồng thể là gì

Phản ứng trong đó chất xúc tác và các chất phản ứng ở cùng một pha mà không tồn tại ranh giới pha được gọi là xúc tác đồng thể, và chất xúc tác có thể đóng vai trò xúc tác đồng thể là chất xúc tác đồng thể.

Chất xúc tác đồng thể bao gồm axit lỏng, chất xúc tác bazơ và axit rắn Color Base và chất xúc tác bazơ, các hợp chất kim loại chuyển tiếp hòa tan (muối và phức chất), và các loại tương tự. Chất xúc tác đồng thể hoạt động độc lập với các phân tử hoặc ion, có các tâm hoạt động đồng nhất, có hoạt tính và độ chọn lọc cao.

Chất xúc tác dị thể là gì

Chất xúc tác dị thể, còn được gọi là chất xúc tác dị thể, được sử dụng trong các phản ứng của các giai đoạn khác nhau, tức là ở các trạng thái khác với chất phản ứng mà chúng xúc tác.

Ví dụ: trong sản xuất bơ thực vật, dầu thực vật không bão hòa và hydro có thể được chuyển thành chất béo bão hòa thông qua niken rắn (chất xúc tác). Niken rắn là một chất xúc tác không đồng nhất, và các chất phản ứng được xúc tác bởi nó là chất lỏng (dầu thực vật) và thể khí (hydro).

Một phản ứng xúc tác dị thể đơn giản liên quan đến sự hấp phụ của chất phản ứng trên bề mặt của chất xúc tác, các liên kết trong chất phản ứng bị phá vỡ và các liên kết mới được tạo ra, nhưng do liên kết giữa sản phẩm và chất xúc tác không mạnh, sản phẩm được giải phóng khỏi vị trí phản ứng và các quá trình khác. Nhiều cấu trúc khác nhau của sự hấp phụ và phản ứng trên bề mặt của chất xúc tác đã được biết đến.

Chất xúc tác sinh học là gì

Enzyme là chất xúc tác sinh học, là những chất hữu cơ có khả năng xúc tác do thực vật, động vật và vi sinh vật tạo ra (hầu hết các protein. Nhưng một lượng nhỏ RNA cũng có chức năng xúc tác sinh học).

Sự xúc tác của các enzym cũng có tính chọn lọc. Ví dụ: tinh bột. Enzyme xúc tác quá trình thủy phân tinh bột thành dextrin và maltose, và protease xúc tác quá trình thủy phân protein thành peptit… Các sinh vật sống sử dụng chúng để tăng tốc độ phản ứng hóa học trong cơ thể.

Đặc điểm của chất xúc tác là gì

Những đặc điểm quan trọng của chất xúc tác là gì, dưới đây là 4 đặc điểm mà bạn cần lưu ý.

• Chất xúc tác chỉ có thể đẩy nhanh các phản ứng có thể thực hiện được nhiệt động. Khi được yêu cầu phát triển một chất xúc tác cho một phản ứng hóa học mới, bước đầu tiên là thực hiện phân tích nhiệt động lực học của phản ứng để xem liệu đó có phải là một phản ứng khả thi về mặt nhiệt động lực học hay không.
• Chất xúc tác chỉ có thể đẩy nhanh phản ứng về trạng thái cân bằng, không thể làm thay đổi vị trí cân bằng (hằng số cân bằng) của phản ứng.

• Chất xúc tác có tính chọn lọc đối với phản ứng. Khi phản ứng có thể có nhiều hơn một hướng khác nhau, chất xúc tác chỉ làm tăng tốc một trong số chúng, và tốc độ phản ứng và độ chọn lọc là thống nhất.
• Độ ổn định của chất xúc tác. Chất xúc tác có thể thay đổi tốc độ của một phản ứng hóa học, và lý tưởng là chất xúc tác không bị thay đổi bởi phản ứng. Tuy nhiên, trong quá trình phản ứng thực tế, một số thay đổi vật lý và hóa học không thể đảo ngược cũng sẽ xảy ra khi chất xúc tác được đun nóng và tác dụng hóa học trong một thời gian dài.

Bài viết đã trả lời câu hỏi chất xúc tác là gì và nêu lên những đặc điểm của chất xúc tác. Hy vọng sau khi đọc xong bài viết, bạn sẽ có thể có thêm nhiều kiến thức bổ ích về vấn đề này.