Kandungan
Dalam kimia, a pemangkin adalah bahan yang mempercepat kadar tindak balas tanpa dikonsumsi dalam reaksi. Sebarang tindak balas yang menggunakan pemangkin dipanggil pemangkinan. Berhati-hati dengan perbezaan ini apabila membaca bahan kimia; pemangkin (plural "pemangkin") adalah bahan fizikal, tetapi pemangkin (plural "catalyses") adalah proses.
Gambaran keseluruhan bagi setiap kelas pemangkin adalah titik permulaan yang berguna dalam mempelajari kimia analisis dan memahami apa yang berlaku di peringkat molekul apabila anda menggabungkan bahan bersama dan tindak balas berlaku. Pemangkin dan tindak balas katalitiknya yang berkaitan datang dalam tiga jenis utama: pemangkin homogen, pemangkin heterogen dan biokatalyst (biasanya dipanggil enzim). Aktiviti pemangkin yang kurang biasa tetapi masih penting termasuk fotokatalis, pemangkinan alam sekitar dan proses pemangkin hijau.
Ciri-ciri umum Pemangkin
Majoriti pemangkin pepejal adalah logam (mis., Platinum atau nikel) atau logam dekat (mis., Silikon, boron dan aluminium) yang melekat pada unsur-unsur seperti oksigen dan sulfur. Pemangkin yang berada dalam fasa cecair atau gas lebih cenderung terdiri daripada satu elemen, walaupun ia mungkin digabungkan dengan pelarut dan bahan lain, dan pemangkin pepejal mungkin disebarkan dalam matriks pepejal atau cecair yang dikenali sebagai sokongan pemangkin.
Pemangkin mempercepat tindak balas dengan menurunkan tenaga pengaktifan Ea tindak balas yang akan berlaku tanpa pemangkin, tetapi jauh lebih perlahan. Reaksi sedemikian mempunyai produk atau produk dengan jumlah tenaga yang lebih rendah daripada reaktan atau reaktan; Sekiranya ini tidak berlaku, reaksi-reaksi ini tidak akan berlaku tanpa penambahan tenaga luaran. Tetapi untuk mendapatkan dari keadaan tenaga yang lebih tinggi ke keadaan tenaga yang lebih rendah, produk mesti "mengatasi hump" terlebih dahulu, bahawa "bonggol" menjadi Ea. Pemangkin pada dasarnya melicinkan benjolan di sepanjang jalan reaksi-tenaga dengan menjadikannya lebih mudah untuk reaktan untuk mendapatkan "downslope" tenaga tindak balas dengan hanya menurunkan ketinggian "puncak bukit."
Ciri-ciri sistem kimia contoh pemangkin positif dan negatif, dengan bekas cenderung mempercepatkan kadar reaksi dan pemangkin negatif yang berkhidmat untuk melambatkannya. Kedua-duanya boleh berfaedah, bergantung kepada hasil yang dikehendaki.
Chemystic Catalyst
Pemangkin melakukan kerja mereka dengan ikatan sementara atau secara kimia mengubah salah satu reaktan dan menukar pengesahan fizikalnya, atau bentuk tiga dimensi, dengan cara yang memudahkan reaktan atau reaktan diubah menjadi salah satu produk. Bayangkan mempunyai anjing yang telah dilancarkan di dalam lumpur dan perlu bersih sebelum ia boleh masuk. Lumpur akan keluar dari anjing dengan sendirinya, tetapi jika anda boleh melakukan sesuatu yang mendorong anjing itu ke arah penyiraman halaman supaya lumpur akan disemburkan dengan bulunya dengan cepat, anda akan berkhidmat sebagai "pemangkin "anjing yang kotor untuk membersihkan anjing" reaksi. "
Selalunya, produk perantaraan yang tidak ditunjukkan dalam sebarang ringkasan biasa tindakbalas terbentuk daripada reaktan dan pemangkin, dan apabila kompleks ini berubah menjadi satu atau lebih produk akhir, pemangkin itu diperbaharui seolah-olah tiada apa yang berlaku kepada mana-mana sama sekali. Seperti yang akan anda lihat tidak lama lagi, proses ini boleh berlaku dalam pelbagai cara.
Catalysis homogen
Reaksi dipertimbangkan homogen pemangkin apabila pemangkin dan reaktan (s) berada dalam keadaan fizikal atau fasa yang sama. Ini yang paling sering berlaku dengan pasang pemangkin-pemangkas gas. Jenis-jenis pemangkin homogen termasuk asid organik di mana atom hidrogen yang disumbangkan digantikan oleh logam, beberapa sebatian pengadunan karbon dan unsur-unsur logam dalam beberapa bentuk, dan sebatian karbonil bergabung dengan kobalt atau besi.
Satu contoh pemangkin jenis ini yang melibatkan cecair adalah penukaran persulfate dan ion iodida kepada ion sulfat dan iodin:
S2O82- + 2 saya- → 2 SO42- + Saya2
Tindak balas ini akan mempunyai masa yang sukar untuk meneruskan sendiri walaupun energetik yang menggalakkan, kerana kedua-dua reaktan dikenakan secara negatif dan karenanya sifat elektrostatik mereka bertentangan dengan sifat kimia mereka. Tetapi jika ion besi, yang membawa caj positif, ditambahkan ke campuran, besi "mengganggu" caj negatif dan tindak balas bergerak ke hadapan dengan cepat.
Pemangkinan homogen semulajadi yang terjadi secara semulajadi adalah penukaran gas oksigen, atau O2, di atmosfera ke ozon, atau O3, di mana radikal oksigen (O-) adalah perantaraan. Di sini, cahaya ultraviolet dari matahari adalah pemangkin sebenar, tetapi setiap senyuman fizikal hadir dalam keadaan (gas) yang sama.
Catalysis heterogen
Reaksi dipertimbangkan dipelbagaikan secara heterogen apabila pemangkin dan reaktan berada dalam fasa yang berlainan, dengan tindak balas yang berlaku di antaramuka antara mereka (yang paling biasa, "sempadan gas" pepejal). Sesetengah pemangkin heterogen yang lebih umum termasuk bukan organik - iaitu, bukan-karbon yang mengandungi - pepejal seperti logam unsur, sulfida dan garam logam, serta bahan kimia yang menghancurkan, antaranya hidroperoksida dan penukar ion.
Zeolit adalah kelas penting pemangkin heterogen. Ini adalah pepejal kristal yang terdiri daripada unit SiO yang berulang4. Unit empat daripada molekul ini bergabung dihubungkan bersama untuk membentuk struktur cincin dan sangkar berbeza. Kehadiran atom aluminium dalam kristal menghasilkan ketidakseimbangan caj, yang diimbangi oleh proton (iaitu, ion hidrogen).
Enzim
Enzim adalah protein yang berfungsi sebagai pemangkin dalam sistem hidup. Enzim-enzim ini mempunyai komponen yang disebut tapak pengikat substrat, atau tapak aktif, di mana molekul yang terlibat dalam tindak balas di bawah katalisis menjadi dilampirkan. Bahagian komponen semua protein adalah asid amino, dan setiap asid individu ini mempunyai pengagihan caj yang tidak sekata dari satu hujung ke yang lain. Harta ini adalah sebab utama enzim mempunyai keupayaan pemangkin.
Tapak aktif pada enzim sesuai dengan bahagian substrat yang betul (reaktan) dan bukan seperti kunci masuk ke dalam kunci. Perhatikan bahawa pemangkin yang digambarkan sebelum ini sering memangkinkan pelbagai tindak balas yang berbeza dan oleh itu tidak mempunyai tahap kekhususan kimia yang dilakukan oleh enzim.
Pada umumnya, apabila lebih banyak substrat dan lebih banyak enzim hadir, tindak balas akan berjalan lebih cepat. Tetapi jika lebih banyak lagi substrat ditambah tanpa menambahkan lagi enzim, semua tapak pengikat enzimatik menjadi tepu, dan tindak balasnya telah mencapai kadar maksimum untuk kepekatan enzim tersebut. Setiap tindak balas yang dikatalisis oleh enzim boleh diwakili dari segi produk perantaraan yang terbentuk kerana adanya enzim. Iaitu, bukannya menulis:
S → P
untuk menunjukkan substrat yang berubah menjadi produk, anda boleh menggambarkan ini sebagai:
E + S → ES → E + P
di mana istilah pertengahan adalah kompleks enzim-substrat (ES).
Enzim, walaupun dikelaskan sebagai kategori pemangkin yang berbeza daripada yang disenaraikan di atas, boleh sama ada homogen atau heterogen.
Enzim berfungsi secara optimum dalam julat suhu yang sempit, yang masuk akal memandangkan suhu badan anda tidak turun naik oleh lebih daripada beberapa darjah dalam keadaan biasa. Haba yang melampau memusnahkan banyak enzim dan menyebabkan mereka kehilangan bentuk tiga dimensi tertentu mereka, suatu proses yang dinamakan denatur yang berlaku untuk semua protein.