KATALİZ VE KİNETİK PTALİZ
katıldığında tepkime sonunda hiçbir de-ırzidan geri kazanılarak tepkimeyi hızlandıran bir ; kilsinin sadece tepkime sırasında bulunmasından r sanılmaktadır (nitekim bir enzim, biyokimyasal katalizörü gibi davranır). Aynı şekilde bir tutuk tepkimeyi yavaşlatan bir üründür, iki tür kata-
mojen kataliz ve heterojen kataliz.
oien kataliz
\ r.crr.e hızının artırılmak istendiği fazın içinde çö–i ir. Canlı organizmaların işlevselliğine bağlı kim-. – î_erin enzimler tarafından katalizinde bu durum . i-r mesela sindirim).
kataliz örneği, sanayide bol miktarda üretilen bü-
Karılığıyla bütadiyene (sentetik kauçukların temel : “uştürülmesidir. Burada iyot, katalizör işlevi görür;
ada oksijen sayesinde yenilenir:
C4H6+ 4H1,
razlar çoğu zaman katalizör görevi görür: nitekim £rokarbonlar sülfürik asit eşliğinde alkol verir. katalizörleri, A1C13+HC1, BF3+HF. gibi çiftlerden îabunların üretilmesi, sonradan bir OR~ iyonu gide-: r ester işlevine etkiyen OH- hidroksit iyonları tara Leştirilen bir katalize dayanır. Ne yazık ki, asiderin
yonik bir ara üründen geçerek tüm tepkimeleri ka-. de edilen ürünlerde kötü bir seçiciliğe yol açar.
ı._.r:rün seçiciliği, geçiş metallerinin kompleksleri gibi -ıaieler kullanılarak iyileştirilir. Nitekim karbon mo-
1.. metallerin kompleksleriyle metal karboniller (mese-j_-r:nil Ni(C04) verir; burada, etkinleşmiş karbon mo-
• halde olduğundan daha büyük bir tepkinliğe sahip-; I kobalt karbonilin katalizör görevi yaptığı «okso :?_en türü bir hidrokarbondan yola çıkılarak bir alde-; r.jr.esine imkân verir:
: -H; = ch3 – CH2 – CHO.
kataliz. Biyolojide, canlı hücrelerde oluşan kimya-: ,zz. etkinleşme enerjisini düşüren enzim adı verilen
■ _ biyolojik katalizörler sayesinde oldukça önemli : pekleşir. 1836’da Theodor Schwann, domuz mide-
sinde pepsini buldu. Aynı şekilde Claude Bernard, 1840’ta pankreas kökenli lipazı saptadı. Çeşitli enzimler, altı kategori halinde sınıflandırılmıştır: katalizini gerçekleştirdikleri tepkimelerin türüne göre, oksidoredüktaz, transferaz, hidrolaz, li-yaz, izomeraz, ligaz. Bu enzimlerin maksimum etkinliklerini ilgili organizmanın yaşadığı sıcaklıkta gösterdiklerinin saptanmış olması dikkate değerdir: insan biyolojisindeki tepkimeler için 37°; daha düşük bir sıcaklıkta, tepkime hızı çok yavaştır ve daha yüksek bir sıcaklıkta çok süratlidir. Bu nedenle hekimler, hastanın ateşi 37 °C civarındaki çok dar bir aralıkta kalmıyorsa, hızla hareket etmek zorundadır (40 °C’nin ötesinde, özellikle beyinde, tedavi edilmesi imkânsız lezyonların oluşması riski ortaya çıkar). Buna karşılık, uygun sınırlar içinde kalıyorsa, ateşi düşürmeye çalışmak yerinde olmaz, çünkü sıcaklık organizmanın dış etkilere karşı mücadelesi sırasında gerçekleştirdiği ısıveren tepkimelerin bir sonucudur.
Heterojen kataliz
Bazı durumlarda, tepkime ortamı içinde çözünür olmayan birtakım katilar, kendileri herhangi bir değişikliğe uğramadan, tepkime hızlarını yükseltir. Bu tip durumlarda genellikle temas katalizi söz konusudur.
Bir katının yüzeyinde atomlar, küdenin içindekilerle aynı ortama sahip değildir: bu durumda elektron konfigürasyonları, bazı durumlarda daha tepkin olabilecekleri şekilde farklıdır. Böylece bazı yüzey atomları etkin merkezler işlevi görür ve gaz veya sıvı fazın birtakım moleküllerini bağlayabilir; bu durumda, söz konusu gaz veya sıvı fazın yapısı, bu yüzde tutma tarafından değişikliğe uğratılır; yüzde tutma, yüzde tutulan ile yüzde tutan arasındaki bağın yapısına bağlı olarak fiziksel veya kimyasal nitelikte olabilir.
Heterojen katalizin temelinde bir yüzey olayının yattığı bilindiğine göre, bir katının yüzey alanı ne kadar büyükse, katalitik etkisinin de o kadar önemli olacağını anlamak kolaydır. Bu nedenle heterojen katalizörler çok ince tozlar halinde hazırlanır: bu tozların 1 g’ı, çoğu zaman, onlarca, hatta yüzlerce metre karelik bir toplam alana tekabül edebilir.
Nitekim platin yaygın kullanılan bir katalizördür (gündelik yaşamda en sık rasdanan örnek, platinin, otomobillerin katalitik egzoz susturucularında kullanılmasıdır): platin çok pahalı bir metal olduğundan, kütlesel biçimde değil, büyük bir yüzey alanına sahip bir desteğin, çoğu zaman alüminin (50 – 100 m2/g) yüzeyine dağıtılmış bir biçimde kullanılır.
Heterojen katalizörlerin kullanılma süresi, genellikle çeşitli nedenlerle sınırlıdır:
– etkin merkezler, etkinleştirilecek moleküllerin bu merkezlere yaklaşmasını önleyen birtakım maddeler tarafından bozulabilir. Nitekim, katalitik egzos susturucularının etkin merkezleri, süper benzin içinde yer alan kurşun tarafından kolayca bozulmakta ve bu da kurşunsuz benzin kullanımını zorunlu kılmaktadır. Aynı şekilde, birçok katalizörün kullanıldığı petrol sanayiinde, katalizörlerin sık sık kükürtle bozulması nedeniyle doğal hidrokarbonlar özenli bir şekilde kükürtten arındırılır;
– katalizörler çoğu zaman görece yüksek sıcaklıkta kullanıldığından, taneler birbirine kaynaşabilir, yani topaklaşabilir ve böylece özgül alan ve dolayısıyla katalitik etkinlik azalmış olur.
Bu olayların uygulamadaki sonucu, katalizörlerin sürekli olarak görev yapamayacağıdır: bunları gerek zaman zaman değiştirmek, gerekse mümkün olduğunda yenilemek gerekir. Bunlar genellikle kullanılan yöntemlerin maliyet fiyatını kabartan çok pahalı ürünler olduğundan, niteliklerini iyileştirmek için büyük yatırımlar yapılmaktadır.
Çeşitli katalizör kategorileri
Geçiş metallerinin oksitleri, elektron özellikleri sayesinde, çoğu zaman hidrojenleme (mesela, Raney nikeli) veya yükseltgen-me katalizörleri olarak kullanılır.
Asit veya baz oksider, iyonlaşabilir molekülleri etkinleştirir. Bu nedenle, silis ve alümin kökenli katalizörler çok kullanılır. Diğer yandan, doğal killer de çok kullanılmaktadır.
Belli tepkinler, kullanılma şekillerine bağlı olarak, farklı tepkime ürünlerine yol açabilir. Bu nedenle, belirli bir ürün üretilmek istendiğinde, aranan ürünü verecek olan tepkimeye özgü bir katalizör kullanmakta yarar vardır. Bu, ilgili tepkimenin hızını artırarak istenmeyen (çoğu zaman ekonomik değeri olmayan) ürünlerin oluşmasını engeller. Böylece, yukarıda söz edildiği gibi, ilgili çeşitli tepkimelerin mekanizmalarının araştırılması konusu yeniden gündeme gelir: bu tip araştırmalar kimyacıları en iyi katalizörü bulmaya yönlendirir.
Katalitik bir egzos susturucusu. Bu,
içine, etkinliğini artırmak için yüzey alanı büyük bir destek üzerine çokişlevli katalizörün yerleştirildiği bir egzos susturucusudur. Egzos gazlan içerden geçerken, azot oksitlerden ve benzinin tam yanmamasından kaynaklanan ürünlerden anndınlır.
KATALİTİK SUSTURUCU
Motorlu taşıtların katalitik susturucularında kullanılan katalizörler çok karmaşıktır: yapımcılar gerçekte, yalnız karbon dioksit ve su elde etmek üzere, egzoz gazlarının tam olarak yanmasını sağlamayı isterler; oysa tam olmayan bir yanma, hidrokarbonların aldehitler, alkoller, peroksitler vb gibi çeşitli yükseltgenme ürünlerini ve karbon monoksit verir; diğer yandan, havada bulunan ve karışımın ateşlenmesi için gerekli çok sıcak kıvılcım düzeyindeki yanma için kullanılan azottan oluşan, çok zararlı azot oksitleri de azaltmayı ister. Bu durumda, azot oksitleri azaltmak ve karbon monoksiti ve hidrokarbonların az veya çok oksijenli tüm türevlerini yükseltgemek zorunda olduklanndan, çokişlevli katalizörler gerekir.
AYRICA BAKİNİZ
—Hb.ansl| asitler ve bazlar —►EMSİ gaz —►EüD kimya —►E2H93 kimya sanayii —►EMD tepkime (kimyasal) —»-IB.ANSU yanma —►EHl yükseltgenme ve indirgenme
157
