Ene Ciprian Clasa a XII-a C

Cataliza si catalizatorii

Cataliza este un fenomen fizico-chimic in care viteza de reactie se modifica in prezenta unor mici cantitati de diferite substante, denumite catalizatori.

Catalizatorii sunt substante de felul metalelor (Ni,Pt,Co,etc), oxizilor, acizilor (HCl,etc), bazelor (NaOH, KOH,etc), sarurilor, etc., care introduse in mediul de reactie in cantitati mici sau foarte mici, modifica viteza de reactie, iau parte la reactia chimica intr-un anumit stadiu al ei, dar care la sfarsitul reactiei se regasesc in cantitatea initiala fara sa fi suferit vreo transformare chimica.

Istoric Observatii despre astfel de substante au fost facute inca din antichitate de Aristotel Notiunea de catalizator a fost introdusa in chimie de savantul suedez Jacob Jons Berzelius in 1835. Karl Ziegler (1898-1973), chimist german si laureat Nobel. Prin cercetarile sale in domeniul catalizei si catalizatorilor, a adus valoroase contributii domeniului maselor plastice, ajutand la dezvoltarea unor produse ca polypropylenul, fibre artificiale si cauciucul sintetic. Pentru descoperirea unui catalizator care produce un plastic mai dur care a revolutionat industria, a primit Premiul Nobel in chimie in 1963. Paul Sabatier (1854-1941), chimist francez si laureat Nobel, cunoscut pentru descoperirile sale in folosirea catalizatorilor pentru intensificarea reactiilor chimice. A fost nascut in Carcassonne, Franta. A descoperit ca marind suprafata catalizatorilor precum nichelul si arama a marit efectul lor. In 1897 el si chimistul francez Jean Baptiste Senderens au dezvoltat procesul hidrogenarii catalitice a uleiurilor, care a devenit important in industrie. Sabatier a casticat Premiul Nobel in chimie in 1912. Industrial, primul catalizator folosit a fost apa in 1838 la oxidarea dioxidului de sulf cu acid azotic.

Catalizatorul influenteaza numai reactiile care s-ar produce cu o viteza mica sau chiar foarte mica si fara el dar intr-un timp mai lung. De exemplu sinteza apei din H2 si O2 nu are loc la temperatura camerei. Daca insa in amestecul gazos de oxigen si hidrogen, introducem platina , fin divizata, reactia se produce rapid. La sfarsitul reactiei se observa ca platina a ramas neschimbata in cantitatea initiala. O proprietate importanta a catalizatorilor este aceea de a micsora energia de activare a reactiilor. Catalizatorii pot fi pozitivi si negativi: primii maresc viteza de reactie, iar ceilalti o micsoreaza (inhibitori). Catalizatorul nu modifica echilibrul chimic al unei reactii reversibile si accelereaza sau micsoreaza in acelasi timp si in aceeasi masura viteza de reactie a celor doua reactii contrare; el determina atingerea mai rapida a acestui echilibru. Dupa starea de agregare a catlizatorului, cataliza poate fi de doua feluri si anume:

- cataliza omogena , in care atat catalizatorul numit strat , cat si substantele ce reactioneaza numite substrat, formeaza un sistem omogen constituit dintr-o singura faza , gazoasa sau lichida.

Ene Ciprian Clasa a XII-a C

- cataliza eterogena , in care catalizatorul si reactantii formeaza un sistem eterogen alcatuit din mai multe faze; in cataliza eterogena, catalizatorul este de obicei in stare solida iar reactantii in stare gazoasa sau lichida.

Cataliza eterogena are loc in trei stadii consecutive :- adsorbtia moleculelor reactantilor pe suprafata catalizatorului; - reactia dintre moleculele adsorbite;- desorbtia produsilor de reactie, adica trecerea in mediul inconjurator a

substantelor adsorbite.Adsorbtia este de doua feluri : adsorbtie prin forte van der Waals si adsorbtie activata (chemosorbtie). Adsorbtia prin forte van der Waals se face rapid si are loc la temperaturi joase. Caldurile de adsorbtie van der Waals sunt mici. Adsorbtia activata sau chemosorbtia este lenta si insotita de o mai mare degajare de caldura decat in cazul precedent deoarece in urma interactiunii dintre atomii centrelor active ai catalizatorului si moleculele substratului se stabilesc legaturi de natura chimica rezultand adevarate combinatii chimice.

Enzimele sunt unii dintre cei mai puternici catalizatori, care joaca un rol esential in organismele vii, unde accelereaza reactiile care altfel ar necesita tempreraturi care ar distruge majoritatea materiei organice. Pana acum s-au descoperit mai mult de 700 de enzime. Fermentatia alcoolica este fara indoiala cea mai veche reactie enzimatica. Aceasta si fenomene similare au fost considerate a fi reactii spontane pana in 1857 cand francezul chimist Louis Pasteur a dovedit ca fermentatia se intampla doar in prezenta celulelor vii. Ferrmentatia alcoolica si alte procese industriale depind de actiunea enzimelor care sunt sintetizate de drojdii si bacterii folosite in procesul de productie. Unele enzime sunt folosite in scopuri medicinale. Unele sunt folositoare in tratarea unor zone de inflamarea locala; trypsin este folosit in degajarea materiei straine si a tesutului mord de pe rani si arsuri. Uzul medical al enzimelor este demonstrat de cercetarea pentru L-asparaginase, care este considerata a fi o potentiala arma in tratamentul leucemiei si pendru „deficientele” emzimelor care ar putea avea legatura cu boli ca anemia si diabetul. Toate enzimele sunt proteine globulare care se combina rapid cu alte substante, numite substraturi, pentru a cataliza numeroasele reactii chimice in organism. Ele sunt raspunzatoare de metabolism si stabilitatea acestuia, ele controlandu-l in tot corpul. Metabolismul unui organism este dependent de o serie de reactii care sunt indeplinite,controlate , terminate de enzime specifice, si fiecare reactie este coordonata in acelasi timp cu celelalte reactii de metabolism din organism. In ingineria genetica , oamenii de stiinta folosesc enzimele pentru a izola un segment de DNA care contine gena de interes .

Ene Ciprian Clasa a XII-a C

Importanta In prezent peste 90 % din procesele tehnologice ale industriei chimice sa bazeaza pe folosirea catalizatorilor, substante simple sau amestecuri de substante. In prezent se fac cercetari in cataliza enzimatica. Enzimele naturale sunt folosite de mult timp in putine industrii, dar mai putin de de 20 de enzime sunt in prezent disponibile in cantitati industriale. Biotehnologii cauta moduri de extindere a acestei resurse si tot odata cauta sa dezvolte enzimele semisintetice pentru sarcini specifice.

Nu e de lasat la o parte importanta din domeniul medical, in combaterea anumitor boli.