خلاصه:
كاتاليزگرها موادي هستند كه سرعت واكنشهاي شيميايي را افزايش مي‌هند ولي در واكنش مصرف نمي‌شوند.
كاتاليزگرها چه در كاربردهاي صنعتي وچه در فرآيندهاي بيولوژيكي اهميت بسياري دارند زيرا در واكنشهاي صنعتي لازم است كه سرعت واكنش به طريقي مثلاً استفاده از كاتاليزگرها افزايش داده شود تا توليد فرآورده‌هاي حاصل از ان از نظر اقتصادي مقرون به صرفه باشد، اگر چه مي‌توان با افزايش دما سرعت واكنش را به مقدار قابل توجهي افزايش داد ولي از آن جا كه افزايش دما با مصرف انرژي همراه است، چنين اقدام صرفه‌ي اقتصادي نخواهد داشت، از سوي ديگر بسياري از مواد نسبت به گرما حساس هستند و در اثر گرما تجزيه مي‌شوند به همين دليل مناسب‌ترين راه اين است كه براي سرعت دادن به واكنشهاي شيميايي از كاتاليزگر استفاده گردد.
كاتاليزگرها در فرآيندهاي بيولوژيكي هم از اهميت بسياري برخوردار هستند. آنزيم‌ها مانند يك كاتاليزگر در كليه اعمال زيستي نقش بسيار اساسي و ماهرانه‌اي را ايفا مي‌كنند كه كاتاليزگرها را مي‌توانيم به يك كليد تشبيه كنيم كه مي‌تواند انواع قفل‌ها را با مكانيسم‌هاي مختلف باز كند يعني نقشي كه آنزيم‌ها در اعمال زيستي و حياتي ايفا مي‌كنند بسيار مؤثرتر از كاتاليزگرهايي است كه ساخته‌ي دست بشر است در اين مقاله سعي شده است كه از تعريف كاتالزگر، خواص چند مكانيسم كاتاليزگرها مورد بحث و بررسي قرار گيرد و برخي از كاربردهاي آن در صنعت بيان شده است نقش و اهميت كاتاليزگرها در پالايش‌هاي نفت و بسياري از سنتزها در سايه‌ي بهره‌گيري از كاتاليزگرهاي خاصي با مكانيسم‌هاي معين انجام مي‌گيرد و برخي از كاتاليزگرها نه تنها تشكيل يا شكستن پيوندها را آسان مي‌كنند بلكه محصولات واكنش را هم در قالب هندسي خاصي توليد مي‌كنند اميدواريم مورد توجه قرار گيرد.
مقدمه
تا اغاز قرن نوزدهم ماهيت كاتاليزگرها ناشناخته بود، سرانجام در سال 1835 ميلادي، ژان ياكوب برسليوس شيميدان سوئدي در بررسي واكنشهاي شيميايي در طول سي سال پژوهش و بررسي يكي از خصوصيات مهم واكنشها را سرعت انجام آنها دانست زيرا واكنشهايي كه در آزمايشگاه انجام ميشود بايد از سرعت كافي برخوردار باشد تا بتوان واكنشي را دنبال كرده و با مشاهده آزمايش به نتايجي دست يافت مانند هر گاه شعلة كبريت افروخته‌اي را به توده‌اي از قند تماس دهيد قند گداخته ميشود ولي نمي‌سوزد، براي سوزاندن قند مي‌توانيد مقداري خاكستر سيگار يا كمي از خاك گلدان روي آن بريزيد در اين صورت قند با شعله‌ي آبي خيره‌كننده‌اي همراه با صداي فش‌فش خواهد سوخت در اين عمل خاكستر سيگار يا خاك گلدان كاتاليزگر است، يعني سوختن قند در مجاورت خاكستر يا خاك انجام مي‌گيرد، ليكن خاكستر يا خاك در پايان واكنش بدون تغيير شيميايي به جا مي‌ماند.
كشف كاتاليزگرهاي جديد تأثير فراواني در صنعت داشته است و واكنشهاي شيميايي در صنعت بايد نسبتاً سريع انجام شوند زيرا يك كارخانه‌دار نمي‌تواند سالها در انتظار بدست آمدن محصولي بماند كه امروز بازار فروش خوبي دارد.
دانش روز افزون درباره‌ي آنزيم‌ها يعني كاتاليزگرهاي زيستي درك ما را درباره‌ي فرآيندهاي زيستي دگرگون كرده است، به همين دليل مطالعه و نحوه‌ي كاربرد آنها در بين مواد شيميايي از اهميت ويژه‌اي برخوردار است.
آنزيم‌ها در تنظيم سرغت واكنشهاي شيميايي كه در بدن موجودات زنده انجام مي‌شوند، نقش بسيار اساسي دارند. آنزيم‌ها خود تركيبهاي پيچيده‌اي هستند كه از مولكولهاي بسيار سنگين پروتئيني ساخته شده‌اند. تنظيم و اداره هر يك از واكنشهاي زيستي به عهده‌ي آنزيم ويژه‌اي است. امروزه تخمين زده‌اند كه چندين هزار آنزيم مختلف در اداره‌ي اعمال زيستي بدن انسان شركت دارند. بسياري از فرآيندهاي زيستي، مانند گوارش در جانوران و فتوسنتز در گياهان ضروري هستند. آنزيم‌ها نقش مهمي در لخته شدن خون و انقباض بافتهاي ماهيچه‌اي دارند، كاتاليزگرها حتي سبب تغيير رنگ برگ‌ها در پائيز و تبديل گلولز به اتيل الكل (اتانول) مطابق با واكنش زير مي‌شوند:
نخستين بار لويي پاستور در دهة سال 1850 با پژوهشهاي خود درباره‌ي تخمير، كاتاليزگرهاي زيستي را مورد مطالعه قرار داد، پاستور نشان داد كه ارگانيسم ذره‌بيني مخمر سبب تبديل گلولز به اتانول و كربن دي‌اكسيد ميشود كه بعدها دانشمند آلماني ادوارد بوخنر در سال 1897 نشان داد كه اين تخمير توسط ماده‌ي موجود در عصارة مخمر حاصل ميشود و اين ماده را آنزيم ناميدند.
بعدها مواد ديگري كشف شدند كه مي‌توانستند به عنوان كاتاليزگر در فرآيندهاي زيستي شركت كنند سي سال پس از كشف بوخنر نخستين آنزيم به حالت بلوري خالص بدست آمد.
هر آنزيم معمولاً مي‌تواند تنها در يك واكنش خاص به عنوان كاتاليزگر شركت كند، بنابراين سلولهاي زنده صدها انزيم مختلف را توليد مي‌كنند تا اين آنزيم‌ها در صدها واكنش شيميايي مختلف، كه ضرورت زنده ماندن سلولها هستند، به عنوان كاتالزگر شركت كنند.
آنزيم‌ها كاتاليزگرهايي با كارآيي شگفت‌آوري هستند مقياسي از اين كارايي، عدد تبديل است. عدد تبديل تعداد مولكولهايي از ماده اوليه است كه يك مولكول آنزيم در هر واحد زماني به فرآورده‌هاي تبديل مي‌كند. عدد تبديل آنزيم مالتوز ، كه در تمام ارگانيسم‌هاي حيواني يافت ميشود در واكنش ئيدروليز قند مالتوز است كه در اين واكنش گلولز تشكيل ميشود.
سرعت انجام همه‌ي واكنشهاي شيميايي يكسان نمي‌باشد مثلاً بعضي از واكنشها سريع هستند مانند اگر مقدار كمي از سديم را در آب بياندازيم به سرعت با اكسيژن آب واكنش داده و محلول قليا توليد مي‌كند. برخي از واكنشها از سرعت بسيار كمي برخوردار هستند مانند مس در شرايط عادي به آرامي با اكسيژن هوا تركيب ميشود، از اين رو ذخايري از اين عنصر در سطح زمين يافت ميشود، واكنشهاي ديگري نيز هستند كه سرعت متوسطي دارند مانند واكنش آهن با اكسيژن هوا كه در شرايط عادي مدت زمان متوسطي طول مي‌كشد تا آهن زنگ بزند البته واكنشهاي فوق را مي‌توان تحت شرايط سريع يا از سرعت آن كاست بنابراين عواملي مانند دما، غلظت، كاتاليزگر واكنش‌دهنده‌ها سطح تماس، ماهيت مواد اوليه كاتاليزگر به ميزان قابل توجهي روي سرعت واكنش مؤثر خواهد بود.
براي مثال برسليوس شرح داد كه چگونه اسيدها، تبديل نشاسته به قند را سرعت مي‌دهند و چگونه در مجاورت فلز پلاتين، واكنشها بين گازها با سرعت بيشتر صورت مي‌گيرد.
در سال 1902ويلهلم استوالد شيميدان آلماني كاتاليزگر را ماده‌اي تعريف كرد كه سرعت واكنشهاي شيميايي را تغيير مي‌دهد و در پايان واكنش بدون تغيير، باقي مي‌ماند و هم‌چنين توانست خصوصيات ويژه‌اي كاتاليزگرها را بيان نمايد.
برخي از خصوصيات ويژه‌ي كاتاليزگرها
كاتاليزگرها در فعاليت خود ويژگي‌هاي كاملاً خاصي دارند در بعضي از موارد يك كاتاليزگر معين موجب سنتز نوعي محصولات خاص از بعضي مواد ميشود حال آنكه كاتاليزگر ديگر موجب سنتز محصولات كاملاً متفاوت ديگري از همان مواد ميشود و امكان وقوع هر دو واكنش از لحاظ ترموديناميكي ميسر است مانند مونوكسيدكربن و هيدروژن مي‌توانند با توجه به كاتاليزگر به كار رفته و شرايط واكنش فرآورده‌هاي بسيار گوناگوني را توليد كنند. اگر يك كاتاليزگر كبالت يا نيكل در واكنش مونوكسيدكربن با ئيدروژن به كار رود، مخلوطي از ئيدروكربنها به دست مي‌آيد ولي اگر در همين واكنش مخلوطي از اكسيدهاي روي و كروم به عنوان كاتاليزگر مصرف شود از 2Co و 2 H متانول توليد ميشود يعني:
ساده‌ترين و ارزان‌ترين راه براي سرعت بخشيدن به يك واكنش يافتن كاتاليزگر مناسبي است كه اكثراً به صورت جامدات ريزي مي‌باشند البته انتخاب كاتاليزگر براي هر واكنش بيشتر يك هنر است تا علم، براي انتخاب كاتاليزگر، مواد مختلفي آزمايش ميشود و مؤثرترين آنها انتخاب ميشود.
مبلغ قابل پرداخت 22,500 تومان
