کاتالیست های همگن

در مطالب مربوط به انواع کاتالیست های 1 و 2 بیان شد که کاتالیست های همگن، در فاز مشابه با واکنش دهنده ها قرار دارند. به طور نوعی، هر کاتالیست همگنی در فاز گازی یا یک فاز مجزای مایع واکنش دهنده ها قرار خواهد داشت. با مطالعه ی مثال های زیر این مطلب را بیش تر متوجه خواهید شد:

مثال هایی از کاتالیست های همگن

واکنش بین یون های پرسولفات و یون های یدید:

این واکنش، یک واکنش انحلالی است که ممکن است در مفهوم کاتالیست با آن روبه رو شوید؛ اما یک مثال دوست داشتنی است!

یون های پرسولفات ( پروکسودی سولفاتترکیبات یا یون هایی که اتم های اکسیژن بیش تر از حد معمولی دارند )؛ S₂O^-₈ ، عامل های اکسید کننده ی قدرت مندی هستند. یون های یدید نیز به راحتی به خود ید اکسایش پیدا می کنند و در عین حال واکنش بین آن ها در انحلال آبی آن ها بسیار کند است.

اگر به معادله ی واکنش نگاهی بیندازیم، به راحتی می بینیم که:

واکنشی که با کاتالیست انجام می شود، به طور کامل از این مشکل دوری می کند. این کاتالیست می تواند با هر دو یون آهن(II) و آهن(III) انجام شود که به همان محلول اضافه می شود. این نیز مثال خوبی از استفاده ی ترکیبات فلزات واسطه به عنوان کاتالیست است زیرا این ترکیبات توانایی تغییر حالت اکسایش خود را دارند.

ما در این جا از کاتالیست آهن (II) استفاده کرده ایم. البته مهم نیست که از آهن (II) استفاده کنیم یا آهن (III).

یون های پرسولفات، یون های آهن (II) را به یون های آهن (III) اکسایش می دهند. در این فرایند، یون های پرسولفات به یون های سولفات کاهش پیدا می کنند:

یون های آهن (III) عامل اکسایش دهنده ی قوی هستند که یون های یدید را به ید اکسایش می دهند. در این فرایند، این یون ها دوباره به یون های آهن (II) برمی گردند:

هر دو مرحله ی این واکنش کل به طور مجزا، شامل برخورد بین یون های مثبت و منفی است. این واکنش از واکنش بین یون های منفی در حالت بدون کاتالیست، احتمال موفقیت بیش تری دارد .

اگر از یون آهن (III) به جای یون آهن (II) به عنوان کاتالیست استفاده می-کردیم، چه اتفاقی می افتد؟ واکنش به سادگی در یک مرتبه ی متفاوتی انجام می گیرد.

تخریب لایه ی اوزون:

این نیز مثال خوبی از واکنشی است که تمام اجزای آن در فاز گازی قرار دارند.

اوزون (O₃) به طور دائم تولید می شود و دوباره در جو بالا با اثر نور فرابنفش تجزیه می شود. به طور معمول، مولکول های اکسیژن، نور فرابنفش را جذب کرده و به اتم های اکسیژن منفرد تجزیه می شوند. این اکسیژن های منفرد، الکترون های جفت نشده ای دارند که به رادیکال های آزاد معروفند و بسیار واکنش پذیرند.

سپس رادیکال های اکسیژن می توانند با مولکول های اکسیژن عادی ترکیب می شوند تا اوزون تولید کنند:

اوزون هم می تواند دوباره توسط جذب نور فرابنفش به اکسیژن عادی و یک رادیکال آزاد از هم جدا شود:

این تشکیل و تجزیه ی اوزون در هر زمانی انجام می گیرد. تمام این واکنش ها با هم،جلوی تابش نفوذی فرابنفش مضر خورشید را می گیرند و از رسیدن آن به سطح زمین جلوگیری می کنند.

واکنش کاتالیستی که مورد توجه ماست، اوزون را تخریب کرده و از این طریق، جذب نور فرابنفش (UV) را متوقف می کند.

برای مثال، کلرفلوئورکربن هایی (CFC) مانند CF₂Cl₂  در مقادیر عظیمی در یخچال ها و دود کارخانجات صنعتی تولید می شوند. تفکیک کند این مواد در جو زمین باعث تولید اتم های کلر (رادیکال های آزاد کلر) می شود. این اتم ها مانند کاتالیستی، تخریب لایه ی اوزون را سرعت می دهند.

این تخریب در دو مرحله اتفاق می افتد. ابتدا اوزون تجزیه می شود و یک رادیکال آزاد تازه تشکیل می شود:

رادیکال کلر که نقش کاتالیست را دارد، در واکنش دوم بازتولید می شود. این مرحله نیز به دو صورت ممکن است اتفاق بیفتد و آن این که آیا رادیکال های ClO به مولکول اوزون برخورد می کنند یا یک رادیکال اکسیژن؟

اگر رادیکال های ClO به رادیکال اکسیژن برخورد کنند: ( رادیکال اکسیژن در یکی از واکنش هایی که در بالا ذکر شد، تولید می شود ):

یا به مولکول های اوزون برخورد کنند:

به دلیل این که رادیکال های کلر به بازتولید خود همچنان ادامه می دهند، هر کدام از آن ها می تواند هزاران مولکول اوزون را تخریب کند.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: خدیجه آلچالانلو

تنظیم: نوربخش