Katalizör

Misafir

Ziyaretçi

1 Aralık 2006 Mesaj #1

Ziyaretçi

Katalizör (Yunanca'dan = çözülme), kimyevi bir reaksiyonun hızını arttıran veya yavaşlatan maddeler. Katalizör terimi, 1835'te İsveçli kimyacı Jöns Jakob Berzelius tarafından ilk defa kullanıldı. Berzelius, katalizörün reaksiyona giren maddelerin bağlarını çözecek şekilde tesir ettiğini ve böylece reaksiyonun daha hızlı bir şekilde meydana gelmesine yardım ettiğini kabul etti. Bazı katalizörler reaksiyonun hızını yavaşlatır. Bunlara negatif katalizör denir. Buna rağmen katalizörlerin çoğu reaksiyon hızını arttırır ve reaksiyon hızını arttıran katalizörlere de pozitif katalizör denir.

Sponsorlu Bağlantılar

Katalitik işlemler modern sanayide (bilhassa esası kimyevi madde olan) ve petrol ürünlerinin elde edilmesinde yaygın olarak kullanılır.

Katalizörlerin karakterleri
Her tip katı, sıvı veya gaz madde katalizör olarak tesir edebilir. Buna rağmen katalitik reaksiyonlar çok tipik özellikler gösterdiğinden yalnız belirli maddeler belirli reaksiyonlara katalitik etki yapabilir.

İlk önceleri, katalizörlerin katıldıkları reaksiyon sırasında değişikliğe uğramadıkları düşünüldü. Sonradan bazı katalizörlerin reaksiyona iştirak ettiği, yani bir değişikliğe uğradığı, fakat bunların reaksiyon sonunda miktar ve şekil olarak yeniden ilk hallerine döndükleri tesbit edildi. Bazı katalizörlerin reaksiyon sırasında hiç olmazsa şekillerinin devamlı olarak değiştiği bilinmektedir.

Katalizörlerin genellikle küçük miktarları tesirlidir. Bir katalizör kendinin birkaç bin katı ağırlığındaki maddelerin reaksiyonunu katalize edebilir. Katalizör, reaksiyonun hızını arttırırken tersinir (geri dönebilen veya çift yönlü) bir reaksiyonun denge noktasına tesir etmez. Katalizör reaksiyon hızını arttırdığı için reaksiyonun kısa zamanda dengeye gelmesini sağlar. Fakat reaksiyona giren maddelerin denge noktasındaki bağıl konsantrasyonlarını değiştirmez. Yani o reaksiyon katalizörsüz, meydana gelse ve dengeye ulaşsa, denge halinde iken mevcut olan reaksiyona giren madde miktarı, aynı reaksiyonun katalizörle elde edilmiş denge halindeki miktarına eşittir.

Katalitik etkimenin mekanizması
Katalitik etkimenin gerçek mekanizması tam olarak bilinmemesine rağmen bunun en azından bazı durumlarda reaksiyona giren maddelerin katalizör yüzeyinin küçük bir kısmı üzerinde emildiği (absorblandığı) bir yüzeysel olay olduğu düşünülmektedir. Böyle bir olay, reaksiyonun başlaması için gerekli olan aktif enerji miktarını herhangi bir şekilde azaltabilir. Böylece ilerlemenin daha hızlı olması sağlanır. Negatif katalizörler, zincirleme reaksiyonlardaki bir basamağa etki ederek bunu takip eden basamakları durdururlar. Mesela katalizör, reaksiyon ortamındaki maddelerden biriyle birleşerek reaksiyonun devamına mani olur. Aynı zamanda negatif katalizörler, pozitif katalizörlerle birleşerek onun tesirini yok edebilir. Pozitif ve negatif katalizörler bazı kirliliklerin etkisine maruz kalır ki o zaman katalizör zehirlenir, yani katalizörün etkisi ortadan kalkar. Bu şekildeki zehirler, katalizör yüzeyi üzerindeki aktif bölgeleri atıl hale getirebilecek şekilde etki edebilirler.

Katalizör tipleri
Çok bilinen katalizörler metalik bileşiklerin ve metallerin tozlarıdır. Katalizörler, bileşik ve reaksiyon tipine bağlı olarak sınıflandırılabilir. Mesela, sülfat asidi, hidrokarbonların izomerizasyonunda, platin, çift bağların hidrojenlendirilmesinde kullanılır. Hayvan ve bitki hücrelerinde bulunan enzimler, hayat için zaruri olan biyokimyevi reaksiyonları katalize ederler.

BEĞEN Paylaş Paylaş

Son düzenleyen asla_asla_deme; 21 Şubat 2012 18:28 Sebep: Sayfa Düzeni

Cevapla

Misafir

Ziyaretçi

23 Ocak 2010 Mesaj #2

Ziyaretçi

Katalizör

Sponsorlu Bağlantılar

Kimyasal bir tepkimenin hızını tepkimede harcanmaksızın arttıran maddelere katalizör denir. Katalizör, tepkime sonunda herhangi bir değişmeye uğramadan geri kazanılabilir. Çoğu zaman katalizörün fiziksel yapısı değişse bile, kimyasal yapısında herhangi bir değişiklik olmamaktadır. Sözgelimi oksijen, potasyum kloratın (KClO3) doğrudan ısıtılmasıyla, veya tepkime sisteminde çok az miktarda mangan dioksitin (MnO2) katalizör olarak kullanılmasıyla elde edilebilir. MnO2 yanında, bu tepkime çok daha hızlı olup, KClO3 daha düşük sıcaklıklarda bile yeteri hızla bozunur.
MnO2
2 KClO3  2 KCI(s) +3 O2
Katalizör, net tepkimenin stökiyometrisine etki etmediği için kimyasal eşitliklerde okun üzerine yazılır. Tepkime tamamlandığında, MnO2 değişmemiş olarak geri kazanılabilir.
Şimdi, bir katalizörün çok az miktarının bile, bir tepkimenin hızını nasıl arttırdığını kısaca açıklamaya çalışalım: katalizörlü ve katalizörsüz olarak oluşan bir kimyasal tepkimeye ilişkin potansiyel enerji diyagramı Şekil 1 de gösterilmiştir. Buna göre, katalizlenmiş bir tepkime, katalizlenmemiş bir tepkimenin izlediğinden daha farklı bir yol veya mekanizma izleyerek meydana gelir. örneğin, katalizlenmemin bir tepkimenin X ve Y molekülleri arasındaki çarpışmalar ile oluştuğunu varsayalım.
X + Y  XY
Katalizlenmiş bir tepkime ise, aşağıdaki gibi iki basamaklı bir mekanizma izleyebilir.
1. X + C  XC
2. XC + Y  XY + C
Burada C katalizördür. Katalizörün birinci basamakta kullanıldığına ve ikinci basamakta ise yeniden oluşturulduğuna dikkat ediniz. Bu yüzden, katalizörün tepkime sisteminde defalarca kullanılması mümkün olduğundan, katalizörün çok az miktarı bile bir tepkimeyi katalize etmeye yeter. Yukarıdaki mekanizmalardan da anlaşılabileceği gibi, katalizör tepkime için yeni bir yürüyüş yolu oluşturmaktadır. Katalizlenmiş yola ilişkin net aktiflenme enerjisi, katalizlenmemiş yola ilişkin net aktiflenme enerjisinden daha düşük olduğundan (Şekil 1), katalizlenmiş tepkime daha hızlıdır. Şekil 1 den iki sonuç daha çıkarılabilir.
1. Katalizlenmiş tepkimenin entalpi değişimi, H, ile katalizlenmemiş tepkimeye ilişkin entalpi değişimi aynıdır.
2. Tersinir tepkimelerde, katalizörün ileri ve geri (yada ters) tepkimeler üzerindeki etkisi aynıdır. Bu nedenle, ileriye doğru olan tepkimenin aktiflenme enerjisi (Ea,f)ne kadar düşürüldüyse, geriye doğru olan tepkimeninde aktiflenme enerjisi (Ea.f) o kadar düşürülür.
Şekil 1. Katalizlenmiş ve katalizlenmemiş bir tepkimeye ilişkin potansiyel enerji diyagramları
Tepkimeye giren maddeler ile katalizör aynı evre (faz) içersinde bulunabiliyorsa, bu tür katalizörlere homojen katalizörler denir. Bu tanıma göre, homojen bir katalizör, çözelti tepkimelerinde tepkime maddeleri ile karışabilen bir sıvı, gaz tepkimelerinde ise bir gaz olmalıdır.
Diazot oksit gazının bozunması üzerine klor gazının yapmış olduğu etki, gaz fazda gerçekleştirilen tipik bir homojen kataliz örneğidir. Diazot oksit, N2O oda sıcaklığında oldukça kararlı olup, 600’C dolayındaki sıcaklıklarda ise aşağıdaki eşitliğe göre bozunur.
2 N2O (g)  2 N2 (g) + O2 (g)
Katalizlenmemiş tepkimenin, aşağıdaki basamakları içeren karmaşık bir mekanizma ile oluştuğu sanılmaktadır.
1. N2O molekülleri arasındaki çarpışmalar sonucu, bazı N2O molekülleri parçalanmak için yeterli enerjiyi kazanırlar.
N2O (g)  N2 + O (g)
2. Birinci basamakta oluşan oksijen atomlarının tepkime verebilme yetenekleri çok yüksek olduğundan, bu atomlar diğer N2O molekülleri ile kolayca tepkime verirler.
O (g) + N2O(g)  N2 (g) + O2 (g)
Tepkimenin son ürünleri N2 ve O2 dir. O atomu ise, tepkime ara ürünü olup son ürün değildir. Katalizlenmemiş bu tepkimeye ilişkin aktiflenme enerjisi yaklaşık 240 kJ/mol dür.
Diğer taraftan bu tepkime eser miktarda klor gazı tarafından katalizlenir. Katalizlenmiş tepkimeye ilişkin önerilen yol, aşağıdaki basamakları içerir.
1. Bozunma sıcaklığında ve özellikle ışık varlığında, bazı klor molekülleri klor atomlarına ayrışır.
Cl(g) à 2Cl(g)
2. Klor atomları N2O molekülleri ile kolayca tepkime verir.
N2O (g) + Cl(g) à N2(g) + ClO(g)
3. Kararsız olan ClO molekülleri ise aşağıdaki gibi bozunur.
2ClO(g) à Cl2(g) + O2 (g)
Katalizörün (Cl2) son basamakta asıl haline döndüğüne dikkat ediniz. Katalizlenmiş tepkimenin son ürünleri ( N2 ve O2), katalizlenmemiş tepkimeninki ile aynıdır. CI ve ClO ise, kendilerini oluşturan basamağı izleyen basamakta tüketildiklerinden ürün değildirler. Klor tarafından katalizlenen tepkimeye ilişkin aktiflenme enerjisi yaklaşık 140 kJ/mol olup, bu değer katalizlenmemiş tepkimenin Ea değerinden (240 kJ/mol) oldukça düşüktür.
Heterojen katalizde, katalizör ve tepkimeye giren maddeler farklı fazlarda bulunurlar. Bu tür işlemlerde, tepkimeye giren moleküller katalizör yüzeyinde adsorplanır ve tepkime yüzeyde gerçekleşir. Adsorpsiyon, bir katı yüzeyinde moleküllerin tutulması işlemidir. Örneğin odun kömürü, zararlı gazlar için gaz maskelerinde adsorban (adsorplayan madde) olarak kullanılır. Fiziksel ve kimyasal olmak üzere iki tür adsorpsiyon vardır. Olağan fiziksel adsorpsiyonda moleküller yüzeyde London kuvvetleri ile tutulurlar.
Kimyasal adsorpsiyonda ise, moleküller yüzeyde kimyasal bileşiklerdeki bağlara benzer kuvvetli bağlar ile tutulmaktadır. Heterojen kataliz, çoğunlukla kimyasal adsorbsiyon (ya da kemisorpsiyon) ile oluşmaktadır. Yüzeyde bu tür bağlar oluştuğu zaman, kimyasal olarak adsorplanmış moleküllerin elektronlarının düzenlenmesinde değişiklikler olmakta, moleküllerin bazı bağları gerilmekte yada zayıflamakta ve bazı durumlarda ise koparılmaktadır. Örneğin hidrojen moleküllerinin platin, paladyum, nikel ve diğer metal yüzeylerinde hidrojen atomları şeklinde adsorplandıkları düşünülmektedir. Bu nedenle yüzey katalizli bir tepkimede atom veya moleküllerin kimyasal olarak adsorplandıkları tabaka bir tepkime ara ürünü olarak görev yapar.
N2O in bozunması altın tarafından katalizlenir. Altın tarafından katalizlenen bu bozunma tepkimesine ilişkin önerilen mekanizma Şekil 2 de gösterilmiştir. Bu mekanizmaya ilişkin basamaklar şöyledir;

Şekil 2 N2O in Au yüzeyinde bozunmasına ilişkin önerilen model.

1. N2O molekülleri altın yüzeyinde kimyasal olarak adsorplanır.
N2O à N2O (Au yüzeyinde)
2. O atomu altın yüzeyine bağlandığında, N molekülünün N2O molekülünün O atomu ile komşu N atomu arasındaki bağ zayıflar. Bu durum N -- O bağının kopmasına ve N2 molekülünün yüzeyi terk etmesine neden olur.
N2O (Au yüzeyinde) à N2(g) + O (Au yüzeyinde)
3. Altın yüzeyindeki iki O atomu, O2 molekülünü vermek üzere birleşir ve yüzeyi terk ederek gaz faza geçer.
O(Au yüzeyinde) + O (Au yüzeyinde) à O2(g)
Altın tarafından katalizlenen bu bozunma tepkimesinin aktiflenme enerjisi120 kJ/mol dolayında olup, bu değer hem katalizlenmemiş bozunmanın Ea değerinden (240 kJ/mol) hem de klorun katalizlediği bozunmanın Ea değerinden (140 kJ/mol ) daha düşüktür.
Altınla katalizlenmiş bozunma mekanizmasının ikinci basamağının hız tayin basamağı olduğuna inanılmaktadır. Bu basamağa göre hız, N2O moleküllerinin kimyasal olarak adsorpladığı altın yüzeyinin kesri ile orantılıdır. Eğer yüzeyin yarısı örtülüyse, ikinci basamak yüzeyinin sadece dörtte birinin (1/4 ünün) örtülü olduğu halden daha hızlıdır. Diğer taraftan yüzey kesri, N2O (g) in basıncı ile doğrudan orantılıdır. Eğer basınç düşükse, yüzeyin örtülü olduğu kesir de düşük olacaktır. Bu nedenle, basıncın düşük olduğu hallerde bu tepkimenin hızı, N2O (g) in derişimi ile orantılı olup bozunma birinci mertebedendir.
Hız = k[N2O]

N2O (g) basıncının oldukça yüksek olduğu hallerde, altın yüzeyi tamamıyla örtülür ve örtülü yüzey kesri 1 e eşit olur. Bu koşullarda, tepkime sıfırıncı mertebeden olup, hız N2O (g) derişimindeki değişikliklerden etkilenmez.
Hız = k
Diğer bir deyişle, altın yüzeyi tutabileceği kadar N2O molekülünü yüzeyinde tutmuş olup, N2O basıncı yüzeyi doygun halde tutabilmek için yeteri kadar yüksektir. Bu durumda, N2O (g) in basıncındaki küçük değişmeler, kimyasal olarak adsorplanmış N2O moleküllerinin artık daha yavaş ya da daha hızlı bir şekilde bozunmasına neden olamaz.
Bir katalizör yüzeyindeki atomların düzenlenmesi ve elektronik yapıları o katalizörün aktivitesini belirler. Örgü kusurları ve düzensizliklerin kataliz için aktif merkezler olduğu sanılmaktadır. Bazı katalizörlerin, yüzeyi, katalitik aktiviteyi arttıran ve promotör adı verilen maddelerin katılmasıyla değiştirilebilir. Örneğin, amonyak sentezinde demir katalizörü, eser miktarda potasyum ya da vanadyumun katılmasıyla daha etkili bir hale getirilir.
Katalitik zehirler katalizörün aktivitesini inhibe eden maddelerdir. Örneğin, kükürt dioksitten kükürt trioksidin elde edilmesinde kullanılan platin katalizörünün katalizleme gücü, çok az miktarda arsenik tarafından yok edilmektedir.
Bu durumda, büyük olasılıkla platin yüzeyinde platin arsenür oluşmakta ve platinin katalitik aktivitesi ortadan kalkmaktadır.
Kalizörler, genellikle kendilerine özgü katalitik aktiviteye sahiptirler. Bazı durumlarda, bir katalizör belirli maddelerden bir seri ürünlerin sentezini katalizlerken, bir başka katalizör aynı maddelerden tamamen farklı ürünlerin sentezini katalizler.
Yüzey katalizinin son yıllardaki ilginç ve yararlı uygulamalarından birisi de otomobil eksozlar katalitik dönüştürücülerin takılmasıdır. Otomobil motorlarında kullanılan yakıtın tam yanmaması nedeniyle çevreye verilen karbonmonoksit ve hidrokarbonlar oldukça ciddi ve tehlikeli bir şekilde çevre kirliliğine neden olmaktadır. Otomobil eksozlarına takılan mini dönüştürücüler metal oksit katalizörleri içermekte olup, çıkış gazları ve ilave hava çevreye verilmeden önce bu dönüştürücüden geçirilmek suretiyle CO ve hidrokarbonlar oldukça zararsız olan CO ve H2O ya dönüştürülerek atmosfere bırakılırlar. Ancak, katalizör kurşun tarafından zehirlendiği için, katalitik dönüştürücü (konvertör) bulunan otomobillerde kurşunsuz benzin kullanılmalıdır.
Endüstriyel işlemlerin çoğu katalitik işlemlerdir. Bugün özellikle heterojen katalizörlerin geliştirilmesi ve yeni tür katalizörlerin hazırlanması üzerine yoğun bilimsel çalışmalar yapılmaktadır. Ancak, enzimler olarak bilinen doğal katalizörler yaşam için çok daha büyük bir öneme sahiptir. Son derece karmaşık yapılara sahip olan enzimler sindirim, solunum ve hücre sentezi gibi oldukça önemli yaşam proseslerini katalizlerler. Canlı bünyesinde oluşan ve yaşam için gerekli olan çok sayıda karmaşık kimyasal tepkime, enzimlerin etkisiyle oldukça düşük vücut sıcaklığında oluşabilmektedir. Bilinen binlerce enzimin herbiri, kendine özgü bir fonksiyonu yerine getirir.
Diğer bir deyişle, her karmaşık tepkime spesifik (özgün) bir enzim tarafından katalizlenmektedir. Enzimlerin etkileri ve yapıları üzerine yapılan oldukça yoğun araştırmalar, hastalık nedenlerinin ve büyüme mekanizmasının anlaşılabilmesine yardımcı olabilecektir.

Kaynak

BEĞEN Paylaş Paylaş

Cevapla

buz perisi

VIP Lethe

10 Ağustos 2012 Mesaj #3

VIP Lethe

Kataliz ve Katalizör
MsXLabs.org & MORPA Genel Kültür Ansiklopedisi

Tepkime sonucunda kendisi değişmeyen bir madde (katalizör) aracılığıyla kimyasal bir tepkimenin hızının artırılması (kataliz). Katalizörün cinsi tepkimeden tepkimeye değişir. Tersinir tepkimelerde katalizör, her iki yönde de etkir ve denge durumu değişmez. Kataliz, homojen ya da heterojen olabilir. Birinci durumda katalizörle tepkimeye giren maddeler aynı evrededir (genellikle gaz ya da sıvı) ve katalizör hemen bozunan bir ara ürün oluşturur. İkinci durumdaysa tepkimeye giren maddeler, katalizör yüzeyinde adsorblanır. Heterojen kataliz, genellikle yabancı maddelerin varlığından ötürü bir süre sonra durur. Katalizörler sanayide, örneğin kontakt yönteminde, yağların hidrojenasyonunda ve petrolün kraking işleminde yaygın olarak kullanılır. Canlı organizmalar, yaşamlarını biyokimyasal tepkimeleri düzenleyen ve enzim adı verilen karmaşık yapılı katalizörler yardımıyla sürdürürler.

BEĞEN Paylaş Paylaş

In science we trust.

Cevapla

nötrino

Yasaklı

5 Kasım 2017 Mesaj #4

Yasaklı

Kataliz!

Bir tepkimenin hızı genel anlamda sıcaklık yükseltilerek artırılabilir. Hızı artırmanın diğer bir yolu da katalizör kullanmaktır. Katalizör tepkimenin daha düşük eşik enerjili bir yol (mekanizma) izlemesini sağlar ve tepkimeden değişmemiş olarak çıkar. Katalizör sonuç olarak değişmediği için net eşitlikte yer almaz (Katalizörün formülü eşitlikteki okun üzerine yazılır). Nitrik asit üretiminde olduğu gibi bir tepkime basamağının yürüyüp yürüyemeyeceği, çoğu zaman uygun bir katalizöre bağlıdır. Örneğin NH3 (g), Pt-Rh katalizörü kullanılarak çok kısa bir süre içerisinde (1 milisaniyeden kısa) NO(g)'e yükseltgenebilir ve NO(g)'den de HNO3 kolayca elde edilebilir.

BEĞEN Paylaş Paylaş

Cevapla

nötrino

Yasaklı

19 Ağustos 2018 Mesaj #5

Yasaklı

Amonyağı Yakıta Dönüştüren Katalizör!

Ad: amonyak_katalizor_0.jpg
Gösterim: 454
Boyut: 63.0 KB

Amonyak (NH3) son yıllarda alternatif bir yakıt olarak görülmeye başlandı. Küresel iklim değişikliğine karşı alınabilecek önlemlerden biri, karbon içeren petrol türevlerinin yerini karbon içermeyen amonyağın alması olabilir. Amonyak yanıcı bir gazdır ve termal enerji santrallerinde kullanılabilir. Ancak hem tutuşma sıcaklığı yüksektir hem de yandığında zararlı azot oksit bileşikleri (NOx) ortaya çıkar. Japonya’daki İleri Bilim ve Teknoloji için Uluslararası Araştırma Örgütü’nde (IROAST) çalışan bir grup araştırmacı, amonyağın yakıt olarak kullanılmasının önündeki bu iki sorunu ortadan kaldıracak bir katalizör (kendisi harcanmadan kimyasal tepkimelerin hızını artıran madde) geliştirdi. Bu bağlamda araştırmacıların yayımladıkları sonuçlara göre, yeni katalizör hem yanmayı hızlandırıyor hem de zararlı azot oksitlerin oluşmasını önlüyor.

Kaynak: ScienceDirect (15 Mayıs 2018)

BEĞEN Paylaş Paylaş

Cevapla

Katalizör

Kataliz!

Amonyağı Yakıta Dönüştüren Katalizör!

Benzer Konular

Benzer Konular

MsXLabs Üye Girişi

Katalizör

Kataliz!

Amonyağı Yakıta Dönüştüren Katalizör!

Benzer Konular

Benzer Konular