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触媒


触媒とは、化学反応を加速させる物質です。通常は反応に時間がかかる分子が、触媒の助けを借りて数秒で反応できるようになりました。触媒は、プラスチックから医薬品まであらゆる製造に使用されています。触媒は、石油と石炭を液体燃料に変換するのに役立ちます。彼らは、クリーン エネルギーの分野における主要なプレーヤーです。体内の自然な触媒である酵素も、消化不良やその他の過程で重要な役割を果たします.

酵素は生物学の自然な触媒です。彼らは、遺伝物質の複製から食物や栄養素の分解まで、あらゆることに関与しています.メーカーは、産業プロセスを高速化するために触媒を頻繁に使用します。

触媒の単位:

1 秒あたりのモル数で測定されるカタールは、触媒の触媒活性を評価するための SI 由来の単位です。ターンオーバー数 (TON) は、触媒の生産性を定義するために使用でき、ターンオーバー頻度 (TOF) (TON/時間単位) は、この物質の作用を説明するために使用できます。酵素ユニットは生化学的同等物です。

触媒反応のメカニズム:

触媒が存在する場合、化学反応は一般に速くなります。これは、触媒が、触媒を使用しないメカニズムよりも活性化エネルギーが低い異なる反応メカニズムを提供するためです。触媒メカニズムの触媒は、通常、反応して中間体を生成し、その後元の触媒を再生します。

触媒は、1 つまたは複数の反応物と反応して中間体を生成し、それを使用して最終的な反応生成物を生成します。触媒は、手順中に補充されます。理論的には、反応速度を高めるには一般に少量の触媒が必要です。一方、触媒は、実際にはさまざまなプロセスで遅くなったり、消費されることさえあります。

触媒の分類:

触媒には大きく分けて 3 つの分類があります。それらは次のとおりです:

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  • 不均一系触媒-

  • 不均一系触媒作用の触媒は、反応物とは異なる相にあります。吸着として知られる物理的プロセスでは、その反応物の少なくとも 1 つが固体表面と相互作用し、反応物の化学結合が弱くなった後に壊れます。毒物は触媒に不可逆的に結合する化学物質であり、反応物質の吸着を制限し、触媒の効率を低下または排除します。

    水素ガスと金属表面との接触は、不均一触媒作用のケースです。水素-水素結合が壊れると、個々の吸着水素原子が金属の表面に形成されます。吸着された原子は表面の周りを移動できるため、2 つの水素原子が相互作用して水素ガスの分子を生成し、その後除去することができます

    1. 均一触媒-

    均一系触媒反応では、触媒と反応物が同相になります。触媒は反応混合物全体に均一に広がるため、反応物と触媒の間の衝突の頻度は常に高くなります。遷移金属錯体は、業界で多くの均一触媒を構成していますが、これらの高価な触媒を溶液から回収することは困難であることがわかっています。多くの均一系触媒は低温でしか使用できず、その場合でも溶液中でゆっくりと分解します。これは、幅広い商用利用に対する追加の制限です。これらの問題にもかかわらず、いくつかの商業的に実行可能な技術が最近作成されました.

    1. 酵素触媒 –

    酵素または触媒は、生体内に自然に存在する分子量 20,000 ~ 100,000 amu のほとんどすべてのタンパク質分子です。いくつかは、生物の細胞コンパートメント内の水溶液で活性化する均一触媒です。他のものは、細胞と細胞コンパートメントを世界の残りの部分から分割する膜にある不均一な触媒です。基質は、酵素触媒プロセスの参加者です。酵素は、反応速度を劇的に高め、多くの場合非常に選択的であり、定量的収量で単一のアイテムしか放出しないため、継続的な研究の対象となっています。一方、酵素は入手するのに費用がかかることが多く、37 °C を超える温度では機能しなくなり、溶液中での安定性が制限され、非常に優れた選択性があるため、1 セットの反応物から 1 セットの生成物を変換することに制限されます。これは、化学的に比較可能な反応のために、さまざまな酵素を含む代替手順を作成する必要があり、これには時間と費用がかかることを意味します.

    触媒の重要性:

    • ファインケミカルの生産:

    触媒作用は、さまざまなファインケミカルの製造に使用されます。方法には、重工業の操作や、大規模で非常にコストがかかるより専門的な手順が含まれます。ヘック反応がその例です。ほとんどの生物活性分子はキラルであるため、エナンチオ選択的触媒作用または触媒的不斉合成が多くの医薬品の製造に使用されています。

    • 食品加工:

    マーガリンを生成するためのニッケル触媒による脂肪の水素化 (水素ガスとの相互作用) は、触媒作用の最も目に見える用途の 1 つです。生体触媒作用は、他のさまざまな食品の製造にも使用されます。

    • 燃料の処理:

    アルキル化、接触分解 (長鎖炭化水素をより小さな断片に分解する)、ナフサ改質、および水蒸気改質はすべて、石油精製 (炭化水素の合成ガスへの変換) で広く使用されています。触媒作用は、化石燃料の燃焼による排出物を処理するためにも使用されます。通常はプラチナとロジウムでできている触媒コンバーターは、自動車の排気ガスの最も危険な成分の一部を分解するために使用されます。

    結論:

    触媒は、化学反応に関与することで化学反応を加速します。それらは反応の正味の方程式には現れず、その間に消費されません.触媒を使用すると、触媒を使用しない反応よりもエネルギーの少ない経路で反応を起こすことができます。不均一系触媒作用における触媒は、吸着プロセスで反応物が付着するプラットフォームを提供します。均一系触媒では、触媒と反応物は同じ段階にあります。酵素は、反応速度を劇的に高める触媒であり、多くの場合、特定の反応物や生成物のために選択されます。基質は、酵素触媒プロセスにおける反応物です。酵素触媒反応の応答時間は、酵素阻害剤によって遅くなります。



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