A Víz, Mint Katalizátor: Jelentősége és Működése a Kémiában
A kémia mindennapi életünk része. A molekulák tudományaként azért játszik központi szerepet, mert túlnyomórészt ezekből az apró részecskékből épül fel a bennünket körülvevő világ.
Mi a katalizátor?
A katalizátor a kémiában olyan anyag, ami úgy gyorsít fel egy kémiai reakciót, hogy ő maga annak során nem változik meg maradandóan. A szó a görög katalüszisz (feloldás) szóból keletkezett, latin végződéssel. A katalizátorok úgy fejtik ki hatásukat, hogy jelenlétükben a reakciók más úton, alacsonyabb aktiválási energiájú részfolyamatokon keresztül játszódnak le, ezzel növelvén a reakciósebességet. Sokféle anyag lehet katalizátor: elemek, szervetlen és szerves vegyületek. Az egyszerűbb kémiai felépítésű katalizátorok (elemek, szervetlen vegyületek) gyakran több, különféle reakciót is katalizálnak.
A katalízis típusai és a víz szerepe
A katalitikus reakciók számos formában lejátszódhatnak, melyek közül kiemelkedő a homogén és a kétfázisú katalízis, ahol a víz fontos szerepet tölthet be.
Homogén katalízis
Homogén katalízisről akkor beszélünk, ha a katalizátor a reakcióeleggyel azonos (gáz- vagy leggyakrabban folyadék-) fázisban van jelen. A folyadékfázist bármely, a reakció hőmérsékletén folyadék állapotú anyag alkothatja. Ezek között szerepel a víz és a különböző szerves vagy szervetlen sók, melyek szobahőmérsékleten folyékony állapotúak (ionos folyadékok). A folyadékfázisban működő rendszerekben a katalizátor oldott állapotú, aminek következtében a reakció lejátszódásához a kiindulási anyagoknak is oldott állapotban kell lenniük. Így, ha gáz halmazállapotú szubsztrátum is részt vesz a reakcióban, olyan mértékű érintkezést kell biztosítani a gáz- és a folyadékfázisok között, hogy a reakció sebességét az oldatban lejátszódó katalitikus reakció és ne a gáz halmazállapotú szubsztrátum gázfázisból a folyadékfázisba való átmenete határozza meg.
Koordinációs kémia, homogén katalízis
Kétfázisú katalízis és a víz, mint oldószer
Két nem vagy kevéssé elegyedő folyadék esetében kétfázisú katalízisről beszélünk, amikor az egyik a katalizátorfázis, a másik a termékfázis. A katalizátor olyan oldhatóságot biztosító csoportot vagy csoportokat kell hogy tartalmazzon, amelyek biztosítják, hogy a katalizátor jól oldódjék a katalizátorfázisban és nem vagy csekély mértékben oldódjék a termékfázisban, így az utóbbitól könnyen elválaszthatóvá váljék. Például a vízben működő katalizátorok karboxil-, alkohol- vagy szulfonsavcsoportokat tartalmazhatnak.
A folyadék- és gázfázis mellett még szuperkritikus fázisban lévő anyag, mint például szuperkritikus szén-dioxid is szerepelhet reakcióközeg gyanánt. A szuperkritikus állapotban a nyomás és a hőmérséklet is meghaladja a kritikus értéket, így az 1.5.1. ábrán a kritikus pont fölött és attól jobbra elhelyezkedő térrészbe eső paraméterek jellemzik. Egyrészt az anyag kondenzált állapotban van, mintha folyadék lenne, ugyanakkor a gáz tulajdonságait is mutatja, emiatt kiváló oldószer.
Víz, mint specifikus katalizátor: az alumínium és jód reakciója
A víz szerepe nem csupán oldószerként vagy reakcióközegként jelentős, hanem esetenként konkrét katalizátorként is felléphet bizonyos kémiai folyamatokban. Egyszerű példa az alumínium és jód reakciója. A reakció végbemenéséhez szükséges a katalizátor jelenléte, ami ez esetben a víz lesz. 1-2 csepp vizet rácseppentünk a keverékre és pár másodperc múlva beindul a reakció.
A reakció nagyon heves, hasonló a vulkánkitöréshez. Keletkezik egy szilárd ionvegyület: alumínium-jodid, ami egy új anyag, tehát kémiai reakcióról beszélhetünk. A folyamat exoterm, egyesülés (két anyagból lett egy anyag) és redoxireakció. Igazolhatjuk, hogy redoxireakció kétféleképpen is zajlott: elektronátadás és -felvétel, illetve oxidációsszám-változás is történt. Kezdetben az alumínium és jód oxidációs száma 0, a termékben a jódé -1, az alumíniumé pedig +3.
Balaton: Különleges jelenségek és veszélyek.
tags: #víz #mint #katalizátor