کاتالیزگر

کاتالیزگر ماده ایی است که سرعت واکنش شیمیایی را افزایش می‌دهد. کاتالیزگر در ابتدا با مواد اولیه تشکیل پیوند می‌دهد و آن‌ها را به محصول تبدیل می‌کند. سپس محصول از سطح کاتالیزگر جدا می‌شود و مواد واکنش نکرده برای ادامه واکنش روی سطح کاتالیزگر باقی می‌مانند.

در حقیقت، می‌توان واکنش‌های کاتالیزگری را به صورت یک چرخه بسته در نظر گرفت که در ابتدا کاتالیزگر وارد واکنش می‌شود سپس در انتهای چرخه به شکل اولیه خود بازیابی می‌شود. کاتالیزگر به فرم‌های مختلفی وجود دارد، فرم‌های متنوع اتمی و مولکولی تا ساختار بزرگ در گستره کاتالیزگرها قرار می‌گیرند.

اجزاء مهم

کاتالیزگرها می‌توانند به صورت اکسیدها، نیتریدها، اسیدها و نمک‌ها به کار بروند. تهیه و آماده سازی کاتالیزگرها ترکیبی از علم و هنر است اما اساس آن بر مبنای آزمایش می‌باشد. کاتالیزگر ها بر حسب نوع فرایندی که در آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند به شکل‌ها و اندازه های متفاوتی (میکروسکوپیک، مزوسکوپیک و ماکروسکوپیک) ساخته می‌شوند.

انواع کاتالیزگر

کاتالیزور به دو نوع کاتالیزور مرغوب و نامرغوب تقسیم می‌شود:

کاتالیزور مرغوب: کاتالیزور مرغوب به کاتالیزوری گفته می‌شود که فقط اجازه تشکیل یک نوع محصول را بدهد.

کاتالیزور نامرغوب: اگر در حضور کاتالیزور محصولات متفاوتی امکان تشکیل داشته باشند کاتالیزور نامرغوب تلقی می‌شود.

مکانیسم واکنش کاتالیزگر

حضور کاتالیزگر به عنوان یک بخش فعال‌کننده موجب اثر بر سرعت واکنش می‌شود. در یک واکنش کاتالیزگردار، کاتالیزگر در یک مرحله عملاً مصرف می‌شود و در مرحله بعدی بار دیگر تولید می‌گردد و این عمل بارها تکرار می‌گردد، بدون آنکه کاتالیزگر دچار تغییر دائمی شود.

بنابراین کار کاتالیزگر آن است که راه تازه ایی برای پیشرفت واکنش می‌گشاید. بدین ترتیب مکانیسم کاتالیزگردار با یک واکنش بی‌کاتالیزگر تفاوت دارد. انرژی فعال سازی راهی که واکنش به کمک کاتالیزور طی می‌کند، کمتر از انرژی فعال‌سازی راهی است که همان واکنش بدون کاتالیزور می‌پیماید.

این واقعیتی است که علت سریع‌تر شدن واکنش را توجیه می‌کند. وقتی کاتالیزور به کار برده می‌شود، مولکول‌های نسبتاً بیشتری انرژی لازم برای یک برخورد موفق پیدا می‌کنند. بدین ترتیب تعداد کل برخوردهای مؤثر در واحد زمان، که موجب انجام واکنش می‌شوند، افزایش می‌یابد. همان طور که در شکل زیر مشاهده می شود در صورت استفاده از کاتالیزگر مسیر کوتاه شده و واکنش سریع تر انجام می شود.

غیر فعال شدن کاتالیزور معمولاً تمام کاتالیزورها دارای یک عمر معین هستند که پس از سپری شدن آن فعالیت مؤثر آن‌ها کاهش می‌یابد که ممکن است به طور ناگهانی یا تدریجی باشد (افت فعالیت). در چنین مواقعی معمولاً بسته به نوع و مکانیسم غیر فعال شدن، باید کاتالیزگر را بازیابی یا جایگزین کرد. در این مواقع باید تصمیم بگیریم که آن را تعویض یا بازیابی کنیم.

طبقه بندی سیستم‌های کاتالیزگر عملکرد کاتالیزگرها در دو فاز هموژن و هتروژن انجام می‌گردد. فاز هموژن حالتی است که مواد واکنش‌دهنده و کاتالیزور در یک فاز قرار می‌گیرند. حال آنکه اگر عملکرد کاتالیزور و مواد واکنش‌دهنده در دو فاز مختلف باشد و مرز فیزیکی بین کاتالیزور و مواد واکنش‌دهنده وجود داشته باشد، چنین فازی را هتروژن می‌گویند.

کاربرد کاتالیزگر

کاتالیزگر در سه بخش به کار می‌رود:

صنعت اتومبیل:

در این بخش کاتالیزگرها به صورت مستقیم و غیرمستقیم استفاده می‌شوند.

صنعت نفت و پالایش مواد نفتی:

عمده‌ترین مصرف کاتالیزگرها در صنعت نفت در دو پروسه کراکینگ (شکستن مولکول‌های درشت به کوچک) و رفرمینگ (دوباره باز آرایی و ترکیب مولکول‌هایی برای تولید) می‌باشد.

تولید مواد شیمیایی

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: مرتضی عرفانیان

تنظیم: مریم فروزان کیا