Wat is een heterogene katalysator?

De term "fase" verwijst naar de toestand van de materie; er zijn vaste, vloeibare en gasfasen. Een heterogene katalysator is een deelnemer aan een chemische reactie die geen deel uitmaakt van dezelfde fase van de materie als de feitelijke reactanten. Vloeistoffen kunnen bijvoorbeeld een reactie ondergaan in aanwezigheid van een vaste katalysator. Terwijl de katalysator het reactieproces versnelt, blijft deze zelf niet verbruikt door de reactanten. Edelmetalen of andere overgangsmetalen worden vaak gebruikt als een heterogene katalysator en kunnen fijn worden verdeeld voor verhoogde oppervlakteblootstelling over een substraat of een drager.

Het is eerder de heterogene katalysator dan de homogene variëteit die industrieel het meest wordt gebruikt. Het blootgestelde katalytische oppervlak verschaft plaatsen voor zwakke oppervlaktebinding van geometrisch uitgelijnde reactanten. Dit gedrag is belangrijk, zoals bijvoorbeeld bij de hydrogenering van dubbele koolstof-koolstofbindingen. Het is goed om een ​​voorbeeld te overwegen, zoals ethyleen, dat de chemische structuur H2C = CH2 heeft. Naarmate een ethyleenmolecuul een beetje katalytisch oppervlak nadert, adsorbeert het of raakt het gehecht door een waterstofatoom linksonder en een waterstofatoom rechtsonder - de waterstofatomen linksboven en rechts blijven vrij.

Een enkel molecuul waterstof, H2 of H ‒ H, kan vervolgens over de dubbele binding toevoegen, vervangen door een enkele binding, waarbij een "verzadigde" ethaan of H3C ‒ CH3 wordt gevormd. Er zijn echter twee manieren waarop de waterstofatomen over de dubbele binding kunnen toevoegen. Beide kunnen toevoegen van onder de dubbele binding, of de ene kan hieronder toevoegen, terwijl de andere boven de dubbele binding aan de andere kant toevoegt. Toevoeging van beide waterstofatomen aan één zijde van een dubbele binding wordt "cis-toevoeging" genoemd, terwijl het toevoegen van de ene aan de ene zijde en de andere aan de andere "trans-toevoeging" wordt genoemd. Ongetwijfeld zal de uitdrukking "transvet" - gebruikt om een ​​onverzadigd vet te beschrijven dat gehydrogeneerd is door trans-toevoeging - bekend zijn bij de lezer.

Katalysatoren nemen de snelheid op van de reacties waarvoor ze worden gebruikt omdat het reactietraject wordt veranderd door hun aanwezigheid. Dit verandert de overgangstoestand en verlaagt de activeringsenergie die nodig is om de reactie uit te voeren. Een voordeel van een dergelijke reactie uitgevoerd met een heterogene katalysator is het gemak van herstelbaarheid van de katalysator. Heterogene katalysatoren zijn bijzonder goed geschikt voor continue chemische procesreacties, waarin materiaal continu wordt aangebracht, omgezet, verwijderd en vervangen. Een voorbeeld van een dergelijk heterogeen katalysatorproces uit de aardolie-industrie is het gebruik van gepelletiseerd katalytisch materiaal in het zogenaamde "bewegend bed" -proces.