Xúc_tác Quá_trình xúc_tác là quá_trình làm thay_đổi tốc_độ của một phản_ứng_hoá_học của một hay nhiều chất phản_ứng nhờ vào sự tham_gia của một chất thêm vào gọi là chất_xúc_tác Không giống các chất phản_ứng khác trong phản_ứng_hoá_học một chất_xúc_tác không bị mất đi trong quá_trình phản_ứng Với một chất_xúc_tác cần ít năng_lượng giải_phóng hơn để đạt được trạng_thái trung_gian nhưng tổng năng_lượng giải_phóng từ chất phản_ứng sang chất tạo thành không đổi có_thể tăng tốc_độ phản_ứng_hoá_học lên nhiều lần hàng chục lần hàng trăm lần nên rút ngắn được thời_gian tăng cao hiệu_suất sản_xuất Chất_xúc_tác sinh_học hay còn gọi là Enzym là protein đẩy nhanh tốc_độ phản_ứng_hoá_học Chất_xúc_tác vật_lý là chất có tác_dụng thay_đổi tính_chất vật_lý của chất bị tác_dụng Điển_hình là các chất_bôi_trơn hoặc chất gây đông tụ Đặc_điểm Chất_xúc_tác làm giảm năng_lượng hoạt_hoá của phản_ứng Chất_xúc_tác làm xúc_tác cho phản_ứng thuận thì cũng làm xúc_tác cho phản_ứng nghịch nên chất_xúc_tác làm cho phản_ứng nhanh đạt tới trạng_thái cân_bằng không làm chuyển_dịch cân băng không thay_đổi ΔH Trong sản_xuất công_nghiệp Trong các nhà_máy sản_xuất phân_đạm người ta thường dùng sắt làm chất_xúc_tác để tăng vận_tốc phản_ứng giữa nitơ và Hydro qua tác_dụng xúc_tác bề_mặt nhờ đó nitơ và Hydro trong hỗn_hợp dễ tạo thành amonia Nếu không có chất_xúc_tác thì trong cùng điều_kiện nhiệt_độ và áp_suất phản_ứng tổng_hợp amonia sẽ xảy ra với tốc_độ rất chậm không_thể tiến_hành sản_xuất với lượng lớn Chất_xúc_tác có_thể giúp chọn các bước phản_ứng phù_hợp với con đường mà người ta đã thiết_kế phản_ứng sẽ xảy ra theo con đường thuận_lợi nhất cho quá_trình sản_xuất Ví_dụ khi dùng rượu etylic làm nguyên_liệu thì tuỳ_thuộc việc chọn chất_xúc_tác và điều_kiện phản_ứng mà ta có_thể nhận được các sản_phẩm phản_ứng khác nhau Nếu chọn bạc làm chất_xúc_tác và đưa nhiệt_độ lên đến 550 C rượu etylic sẽ biến thành axetalđehyd nếu dùng nhôm oxit làm xúc_tác và ở nhiệt_độ 350 C ta sẽ nhận được etylen nếu dùng hỗn họp kẽm oxit và crom III oxit làm chất_xúc_tác và ở nhiệt_độ 450 C ta sẽ thu được butylen nếu dùng axit_sunfuric đặc làm xúc_tác và giữ nhiệt_độ 130 140 C ta sẽ có ete etylic Ngày_nay các nhà_khoa_học đã tìm được chất_xúc_tác chế_tạo thành thiết_bị xúc_tác nối vào ống_xả khí_thải của ô_tô Khi khí xả ô_tô qua thiết_bị xúc_tác sẽ được xử_lý các chất_cháy còn dư_thừa sẽ bị oxi hoá biến thành carbon dioxide và nước nitơ oxit biến thành_khí nitơ Phân_loại xúc_tác Tuỳ theo trạng_thái của các thành_phần trong phản_ứng mà người ta chia các phản_ứng xúc_tác ra làm xúc_tác đồng thể và xúc_tác dị thể Một loại xúc_tác đặc_biệt khác đó là xúc_tác men Xúc_tác men có_thể là xúc_tác đồng thể hoặc dị thể Xúc_tác đồng thể thường gặp là xúc_tác axit base Ngoài_ra còn có xúc_tác nucleofil xúc_tác electrofil xúc_tác bằng phức kim_loại chuyển_tiếp hoặc ion của nó Xúc_tác đồng thể Xúc_tác đồng thể là xúc_tác trong đó chất_xúc_tác ở cùng pha với chất phản_ứng Một_số ví_dụ về xúc_tác đồng thể formula _ 1 pha khí formula _ 2 pha lỏng Thuyết xúc_tác đồng thể Shpitalsky trình_bày năm điểm về thuyết xúc_tác đồng thể BULLET 1 Chất_xúc_tác tương_tác với chất phản_ứng hình_thành sản_phẩm trung_gian kém bền BULLET 2 Sự hình_thành sản_phẩm trung_gian là phản_ứng thuận nghịch diễn ra nhanh BULLET 3 Sản_phẩm trung_gian phân_huỷ chậm không thuận nghịch hình_thành sản_phẩm cuối giải_phóng ra chất_xúc_tác BULLET 4 Tốc_độ chung của phản_ứng tỷ_lệ với nồng_độ của sản_phẩm trung_gian chứ không tỷ_lệ với nồng_độ chất phản_ứng BULLET 5 Nồng_độ chất_xúc_tác ở trạng_thái tự_do nằm cân_bằng với nồng_độ sản_phẩm trung_gian Tác_dụng của xúc_tác tỷ_lệ với nồng_độ của chất_xúc_tác Xúc_tác axít base Phản_ứng trong dung_dịch đặc_biệt đối_với hợp_chất hữu_cơ được xúc_tác bằng axit base rất nhiều Đó là phản_ứng có sự tham_gia của nước alcohol amin Các phản_ứng có đặc_trưng axit như thuỷ phân alcohol hoá amonia hoá những phản_ứng có sự tham_gia của nhóm cacbonyl như andehyt axit hữu_cơ và dẫn_xuất của chúng Phản_ứng tự xúc_tác Phản_ứng mà tốc_độ nó tăng lên do tác_dụng chính chất phản_ứng có_thể là chất đầu hoặc sản_phẩm gọi là phản_ứng tự xúc_tác Phản_ứng thuỷ phân este hoá axít hữu_cơ và rượu phản_ứng tự_cảm ứng Ví_dụ formula _ 3 Đây là phản_ứng xúc_tác axít Xúc_tác men Loại men ferments enzymes cùng được làm chất_xúc_tác xúc_tác sinh_hoá Men là chất_xúc_tác có nguồn_gốc protein nghĩa_là những phân_tử được cấu_tạo từ amin axit và có cấu_trúc không_gian xác_định của mạch polypeptit Tác_dụng xúc_tác là nhờ các quá_trình lên_men Đó là những quá_trình trong đó xảy ra sự thay_đổi thành_phần hoá_học các chất gây ra do kết_quả hoạt_động của những vi_sinh_vật nào đó ví_dụ men rượu nấm hoặc vi_khuẩn Trong những trường_hợp này những chất men do vi_sinh_vật tạo ra là những yếu_tố hoạt_động xúc_tác chất men vẫn giữ được tính hoạt_động và khả_năng tác_dụng của nó khi lấy nó ra khỏi vi_sinh_vật Xúc_tác dị thể Xúc_tác dị thể là xúc_tác trong đó chất_xúc_tác ở khác pha với chất phản_ứng Chất_xúc_tác dị thể thường là chất_rắn và phản_ứng xảy ra trên bề_mặt chất_xúc_tác Thường gặp nhất_là những hệ xúc_tác dị thể gồm pha rắn và pha khí_các chất tham_gia phản_ứng và sản_phẩm phản_ứng Đặc_điểm của phản_ứng xúc_tác dị thể là phản_ứng diễn ra nhiều giai_đoạn có hai đặc_trưng BULLET Quá_trình xảy ra ở lớp đơn phân_tử trên bề_mặt chất_xúc_tác Đặc_trưng này thể_hiện ở chỗ trong xúc_tác dị thể thì khuếch_tán và hấp_phụ đóng vai_trò quan_trọng BULLET Chất_xúc_tác không phải là những phân_tử ion riêng_rẽ mà là một tổ_hợp những nguyên_tử ion Một_số thuyết về chất_xúc_tác BULLET 1 Thuyết hợp_chất trung_gian Thuyết hợp_chất trung_gian là một trong những thuyết đầu_tiên về xúc_tác do Clement và Desormes và Sabatir để xuất Theo thuyết này phản_ứng diễn ra dưới một dạng nào đó qua sự hình_thành hợp_chất trung_gian Từ đó giúp cho chúng_ta suy_nghĩ việc lựa_chọn chất_xúc_tác phải chọn chất_xúc_tác nào có_thể tương_tác với chất phản_ứng BULLET 2 Thuyết hợp_chất bề_mặt Thuyết hợp_chất bề_mặt được Boreskow_Temkin đề_xuất và phát_triển Theo thuyết này có_thể xem quá_trình xúc_tác như một tập_hợp những giai_đoạn luân_phiên hình_thành những hợp_chất và phá_huỷ chúng giải_phóng ra sản_phẩm Tuy_nhiên thuyết này vẫn còn vấn_đề tồn_tại BULLET 3 Thuyết trung_tâm hoạt_động Dựa trên quan_điểm cho rằng bề_mặt chất_rắn là không đồng_nhất Taylor đã đưa ra giả_thuyết rằng các phản_ứng xúc_tác chỉ xảy ra trên những điểm riêng_rẽ của bề_mặt gọi là trung_tâm hoạt_động Thuyết_Taylor chỉ có giá_trị lý_thuyết nhất_định BULLET 4 Thuyết đa vị Thuyết đa vị về xúc_tác dị thể do Balandin dự_thảo năm 1929 Thuyết này xuất_phát từ nguyên lý tương_ứng về cấu_tạo giữa sự sắp_xếp nguyên_tử ở bề_mặt chất_xúc_tác và trong phân_tử chất phản_ứng và cả sự tương_ứng năng_lượng của các liên_kết Theo thuyết này BULLET 1 Trung_tâm hoạt_động của chất_xúc_tác là tập_hợp của một_số xác_định của các trung_tâm hấp_phụ được phân_bố trên bề_mặt phù_hợp với cấu_tạo hình_học của những phân_tử bị chuyển_hoá BULLET 2 Có sự hình_thành của những phức đa vị khi hấp_phụ những phân_tử phản_ứng trên những trung_tâm hoạt_động Kết_quả này dẫn đến sự phân_bố lại các liên_kết đưa đến hình_thành sản_phẩm phản_ứng BULLET 5 Thuyết tập_hợp hoạt_động Thuyết tập_hợp hoạt_động do Kobosew dự_thảo năm 1939 Thuyết này được xây_dựng trên quan_điểm cho rằng chất vật_mang hoạt_tính xúc_tác là những chất vô_định hình không kết_tinh gồm một_số nguyên_tử trên bề_mặt không có hoạt_tính xúc_tác của vật_mang Cho tới nay thuyết tập_hợp hoạt_động vẫn chưa được thừa_nhận BULLET 6 Thuyết điện_tử Pissarshewski là người đầu_tiên dự_thảo thuyết điện_tử về xúc_tác vào năm 1916 Thuyết này bị lãng_quên đến cuối năm 1940 mới được nhiều người chú_ý lại nhất_là ở Liên_Xô trước_đây Thuyết điện_tử dựa trên quan_điểm cho rằng sự hấp_phụ những phân_tử chất phản_ứng trên chất_xúc_tác phụ_thuộc vào sự phân_bố các mức năng_lượng bên trong tinh_thể của chất_xúc_tác và trên bề_mặt của chúng Việc khảo_sát một_số lý_thuyết về xúc_tác cho thấy lý_thuyết về xúc_tác dị thể chưa có sự thống_nhất về quan_điểm ngay cả những vấn_đề cơ_bản Các thuyết trên mới có tính_chất định_hướng chỉ đối_với một_số phản_ứng Sách tham_khảo BULLET Nguyễn_Đình_Huề_Trần Kim_Thanh_Động hoá_học và xúc_tác Nhà_xuất_bản Giáo_dục Hà_Nội 1991 BULLET Trần_Sơn_Động hoá_học Đại_học Cần_Thơ 1982
Xúc_tác