Co je to heterogenní katalyzátor?

Termín „fáze“ označuje stav hmoty; existují pevné, kapalné a plynné fáze. Heterogenní katalyzátor je účastníkem chemické reakce, která není součástí stejné fáze hmoty jako skutečné reaktanty. Kapaliny mohou například podléhat reakci v přítomnosti pevného katalyzátoru. I když katalyzátor urychluje proces reakce, samotný reaktanty zůstávají nespotřebovány. Drahé nebo jiné přechodné kovy jsou často používány jako heterogenní katalyzátor a mohou být jemně rozděleny pro zvýšenou expozici povrchu na substrátu nebo nosiči.

Průmyslově se nejčastěji používá heterogenní katalyzátor než homogenní rozmanitost. Exponovaný katalytický povrch poskytuje místa pro slabou povrchovou vazbu geometricky uspořádaných reaktantů. Toto chování je důležité, jako například při hydrogenaci dvojných vazeb uhlík-uhlík. Je dobré zvážit příklad, jako je ethylen, který má chemickou strukturu H2C = CH2. Když se jedna molekula ethylenu přiblíží k trochu katalytickému povrchu, adsorbuje se nebo se připojí pomocí dolního levého atomu vodíku a dolního pravého atomu vodíku - horní levý a pravý atom vodíku zůstává volný.

Jediná molekula vodíku, H2 nebo H = H, se pak může přidat přes dvojnou vazbu, která je nahrazena jednoduchou vazbou za vzniku "nasyceného" ethanu nebo H3C = CH3. Existují však dva způsoby, jak mohou atomy vodíku přidat dvojnou vazbu. Oba mohou přidávat zespodu dvojné vazby, nebo lze přidat dolu, zatímco druhá přidává nad dvojnou vazbou na druhé straně. Přidání obou atomů vodíku na jednu stranu dvojné vazby se nazývá „cis-adice“, zatímco přidání jedné na jednu stranu a druhé na druhou se nazývá „trans-adice“. Výraz „trans-tuk“ - použitý k popisu nenasyceného tuku, který byl hydrogenován trans-adicí - bude čtenáři bezpochyby znám.

Katalyzátory zvyšují rychlost reakcí, pro které jsou použity, protože reakční cesta je změněna jejich přítomností. To mění stav přechodu a snižuje aktivační energii potřebnou k provedení reakce. Jednou výhodou této reakce prováděné s heterogenním katalyzátorem je snadnost regenerace katalyzátoru. Heterogenní katalyzátory jsou zvláště vhodné pro chemické reakce s nepřetržitým procesem, ve kterých je materiál kontinuálně dodáván, zreagován, odstraňován a nahrazován. Příkladem takového heterogenního katalytického procesu z ropného průmyslu je použití peletizovaného katalytického materiálu v takzvaném procesu „pohyblivého lože“.