5.5: Каталізатори, які змушують реакції йти

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18681

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Чадний газ неодмінно згорить в присутності кисню з повітря, як показує реакція.

\[\ce{2CO + O2 \rightarrow 2CO2}\]

Окис вуглецю є продуктом автомобільних вихлопів і небажаним, токсичним забруднювачем повітря. Одним із способів позбавлення автомобільних вихлопних газів цього забруднювача є перекачування повітря у вихлоп та перетворення чадного газу на вуглекислий газ, як показано реакцією вище. Однак навіть при наявності кисню ця реакція не приступає до завершення в звичайній автомобільній вихлопній системі. Це дозволено відбуватися, однак, шляхом пропускання вихлопу, змішаного з повітрям, над твердою стільниковою поверхнею кераміки, покритої металом, що дозволяє реакції відбуватися, але сама не споживається в реакції. Така речовина називається каталізатором. Більшість людей, які мають автомобіль смутно знають, що у них є автомобільний каталізатор вихлопних газів. Вони стають набагато гостріше усвідомлювати цей факт, якщо вихлопна система автомобіля не проходить тест на викиди і каталітичний нейтралізатор в ній доводиться замінювати вартістю в кілька сотень доларів!

Нам не потрібно йти далі, ніж наші власні тіла, щоб знайти каталізатори. Це тому, що всі живі організми мають біологічні каталізатори, які дозволяють протікати реакції. Такі живі каталізатори складаються зі спеціалізованих білків, званих ферментами. Ферменти обговорюються в главі 7.

Загальним процесом, що каталізується ферментами, є реакція глюкози (цукор в крові, C ₆ H ₁₂ O ₆) з молекулярним киснем для отримання енергії, згаданої на початку цієї глави:

Це важливий процес токсичного дихання, який здійснюється всіма організмами, які живуть в контакті з повітрям і утилізують кисень повітря для реагування з харчовими матеріалами. Хоча загальну реакцію на токсичне дихання можна записати дуже просто, фактичний процес вимагає багатьох етапів і використовується кілька каталітичних ферментів. Інші ферменти використовуються для різних життєвих процесів, таких як синтез білка. Існують ферменти, які детоксикують токсичні речовини, а в деяких випадках вони ненароком роблять токсичні речовини з нетоксичних. Деякі з найбільш поширених речовин, що викликають рак, насправді синтезуються з інших молекул за допомогою ферментної дії. Очевидно, що ферменти дуже важливі в життєвих процесах.

Каталізатори прискорюють реакції. Залежно від умов швидкість реакції може значно відрізнятися. Швидкості хімічних реакцій розглядаються областю хімічної кінетики.

Каталізатори дуже важливі в зеленій хімії. Одна з причин того, що це так, полягає в тому, що каталізатори дозволяють проводити реакції дуже конкретно. Крім того, правильний каталізатор може дозволити реакціям відбуватися з відносно меншим споживанням енергії та при відносно низьких температурах.