Erdődi Ferenc, Gergely Pál, Vereb György

Általános és bioszervetlen kémia

Heterogén katalízis

A katalizátor nem azonos fázisban van a katalizált reakció anyagaival. Pl. a szilárd halmazállapotú katalizátorok fokozhatják gáz- és folyadékfázisban lejátszódó kémiai folyamatok sebességét. A katalizátor minősége, a változó körülmények (hőmérséklet, nyomás stb.) jelentősen befolyásolják a képződő termékek minőségét. A katalizátorok irányító hatása abban nyilvánul meg, hogy ugyanabból a kiindulási anyagkeverékből más-más termék képződését segíthetik elő (47. táblázat).

47. táblázat. Katalizátorok irányító hatása a szén-monoxid és hidrogén reakciójában

Katalizátor	Körülmények	Termékek
Ni	100–200 °C; 0,1–1 MPa	CH4 + H2О
ZnO/Cr2O3	400°C; 50 MPa	CH3OH + H2O
Co/ThO2	190 °C; 0,1–2 MPа	CH4, C2H6, C3H8 + Н2О
Ru	200 °C: 20 MPa	Nagy molekulatömegű szénhidrogének + H2O
ThO2	400 °C: 20 MPa	Elágazó láncú szénhidrogének + H2O

A katalizátor felületének aktív helyeihez a reagáló anyag(ok) részecskéi adszorpcióval kötődnek. A kapcsolatot elsődlegesen a London-féle erők hozzák létre, azonban ezt gyakran kémiai adszorpció (kemiszorpció) követi. A kemiszorpció lényegesen erősebb kölcsönhatás, mint a fizikai adszorpció. A kemiszorpció során a katalizátor felülete és a kötött részecske között a kovalens kötésekre jellemző erőhatások alakulnak ki. Ennek köszönhetően a kötött részecske szerkezetében az aktivált komplexhez hasonló változások játszódnak le, bizonyos kémiai kötések fellazulnak elősegítve új kötések kialakulását. A 105. ábra a heterogén katalízis mechanizmusának általános lehetőségét mutatja.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1438aebszk_1880/#m1438aebszk_1880 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1438aebszk_1880/#m1438aebszk_1880)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1438aebszk_1880/#m1438aebszk_1880)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

105. ábra. Heterogén katalízis mechanizmusa: A–A +2 B→ 2 A–B reakcióban. a) A szilárd katalizátor aktív helyeihez kötődik az A–A molekula, fellazítva az eredeti kovalens kötést. b) A katalizátor felületén lejátszódik az A–B molekulák képződése. c) A termék (A–B) molekulák deszorpciójával a katalizátor regenerálódik. Lehetőség van a reakcióciklus újabb és újabb megismétlésére

A heterogén katalízis reakciólépései igen eltérő sebességűek lehetnek: (1) reagáló anyagok diffúziója a katalizátor felületére (lassú folyamat); (2) adszorpció, ill. kemiszorpció (igen gyors); (3) tényleges kémiai reakció katalizátor felületén (gyors); (4) termék(ek) deszorpciója (gyors-lassú); (5) termék(ek) diffúziója (lassú).

A hőmérséklet és a nyomás növelése fokozza a diffúziós folyamatok sebességét, ami kedvező a katalízis szempontjából. Ugyanakkor ellentétesen befolyásolja azadszorpciós-deszorpciósfolyamatokat. A kettő közötti helyes arány megválasztása (kísérleti tapasztalatokkal)alakítja ki a katalizált reakció legkedvezőbb körülményeit.

A heterogén katalizátorok aktív helyeit jelentősen módosítja idegen anyagok jelenléte. Már rendkívül kis mennyiségben képesek a katalizátor hatékonyságát megszüntetni, a katalizátort mérgezni.

Az inhibitorok hatása abban áll, hogy a katalizátorral olyan vegyületet hoznak létre, amellyel a katalizátor működése megbénul. Az aktivátorok viszont fokozzák a hatékonyságot, pl. a katalizátor felületén rácshibákat alakítanak ki, amelyek gyakran azonosak az aktív helyekkel.

Heterogén katalizátorokat használnak a gépjárművek kipufogógázában található szénhidrogének, valamint a környezetre rendkívül káros CO- és NO-gáz átalakítására is. A szén-monoxid és a szénhidrogének oxidációját CO2 és H2O molekulákká általában Pt vagy Pd katalizátorral végzik. Az NO redukcióját N2 gázzá pedig redukciós katalizátorral érik el. A kettős hatású katalizátor a gépkocsikban mind a két típusú (oxidációs és redukciós) folyamatot elősegíti. A tüzelőanyag (benzin)–levegő arányát úgy állítják be, hogy CO is keletkezzen, ami szükséges az NO redukciójához:

Az üzemanyag Pb-tartalma rendkívül erős katalizátorméreg, ezért csak ólommentes benzin használható a katalizátort is tartalmazó gépkocsikban. Ez további előnnyel jár, csökkenti az ólomkibocsátást.

Az élő szervezet katalizátorainak, az enzimeknek a működése is az itt felsorolt általános elveken alapul. Lényeges különbség, hogy rendszerint csak egyetlen reakció nagymértékű fokozására alkalmasak, aktív helyük térbeli kialakítása elsősorban a szubsztrát megkötését teszi lehetővé. Nagy katalitikus hatékonyságuk annak köszönhető, hogy a reakció aktiválási energiáját jelentősen csökkentik. Pl. a H2O2 spontán bomlásában Ea = 75 kJ, jodidion katalizálta reakcióban Ea = 57 kJ, Pt katalizátorral (heterogén katalízis) Ea = 49 kJ és kataláz enzim jelenlétében Ea = 23 kJ. Az enzimek működését aktivátor és inhibitor molekulák hatékonyan módosítják. Az enzimkatalízis részleteit, az enzim–szubsztrát komplex kialakulását, az irányító hatást és mechanizmust részletesen ismertetjük a későbbi tanulmányokban bemutatott példákkal.

Tartalomjegyzék

ÁLTALÁNOS ÉS BIOSZERVETLEN KÉMIA
Impresszum
Az Olvasóhoz
chevron_rightÁltalános kémia
- chevron_rightKémiai alapfogalmak
- chevron_rightAz atomok elektronszerkezete és a periódusos rendszer
  - chevron_rightA kvantumelmélet alapjai
    - A fény hullámtermészete
    - Az elektronhullámok és a kvantummechanika
  - chevron_rightSzínképek
    - Emissziós és abszorpciós színképek
    - Atomszínképek
  - A hidrogénatom Bohr-féle modellje
  - chevron_rightA kvantummechanikai atommodell
    - Kvantumszámok
    - Atomorbitálok
  - chevron_rightTöbbelektronos atomok elektronszerkezete
    - Az elektronhéjak energiaszintje
    - Az elektronhéjak felépülésének törvényei
  - chevron_rightAz elemek periódusos rendszere
  - chevron_rightPeriodikus tulajdonságok
- chevron_rightA molekulák szerkezete
  - chevron_rightAz elsődleges kémiai kötés alaptípusai
    - A férnes kötés
    - Az ionkötés
    - chevron_rightA kovalens kötés
      - Kovalens kötéshossz és kötési energia
  - chevron_rightÁtmenet a kötéstípusok között
    - Elektronegativitás
  - chevron_rightA kovalens kötés elmélete
    - chevron_rightA vegyértékkötés-elmélet
    - chevron_rightA molekulaorbitál-elmélet
      - Kétatomos molekulák molekulaorbitáljai
      - Többszörös kötések, delokalizált molekulapályák
  - chevron_rightMásodlagos kémiai kötések
- chevron_rightHalmazállapotok
  - chevron_rightGázhalmazállapot
  - chevron_rightFolyékony és szilárd halmazállapot
- chevron_rightOldatok és kolloidok
- chevron_rightA víz és a vizes oldatok
- chevron_rightKémiai egyensúlyok
- chevron_rightKémiai termodinamika
- chevron_rightReakciókinetika
  - chevron_rightReakciósebesség és reakciómechanizmus
  - chevron_rightHőmérséklet és reakciósebesség
    - Ütközési elmélet
    - chevron_rightAz átmeneti állapot (aktivált komplex) elmélete
      - Kémiai reakciók energiaváltozása
  - chevron_rightTöbb elemi lépésből álló reakciók
  - chevron_rightKatalízis
    - Homogén katalízis
    - Heterogén katalízis
- chevron_rightElektrokémia
  - chevron_rightA redoxifolyamatok áttekintése
  - chevron_rightAz elektrokémia alapjai
- chevron_rightA redoxifolyamatok termodinamikája
  - A Nernst-egyenlet
  - Redoxifolyamatok az anyagcserében
- chevron_rightAz elektrokémia gyakorlati alkalmazásai
chevron_rightBioszervetlen kémia
- chevron_rightKomplex vegyületek
- Az élethez szükséges elemek áttekintése
- chevron_rightAz alkálifémek szerepe biológiai rendszerekben
- chevron_rightA magnézium és a kalcium biológiai jelentősége
  - chevron_rightA magnézium bioszervetlen kémiája
    - Magnéziumkomplexek
  - chevron_rightA kalcium élettani szerepe
- chevron_rightAz átmenetifémek komplexei
  - chevron_rightA vas biológiai jelentősége
    - chevron_rightA vas szerepe az oxigénkötésben és az oxigéntranszportban
    - chevron_rightVas–kén fehérjék biológiai funkciói
      - Citokrómok
      - Kataláz, peroxidáz, citokróm-P450
    - chevron_rightVasanyagcsere
  - chevron_rightA réz biológiai jelentősége
    - chevron_rightA réz biokémiai evolúciója. Fontosabb rézfehérjék
    - chevron_rightRézfehérjék az elektrontranszportban
    - chevron_rightA rézanyagcsere és zavarai
      - Wilson-kór
      - Menkes-kór
  - chevron_rightA cinkcsoport elemeinek biológiai jelentősége
    - chevron_rightA cink biológiai funkciói
      - Cinkenzimek szerkezete
      - „Cinkujj” fehérjék szerkezete
  - Metallotioneinek és funkciójuk
  - chevron_rightA molibdén és a mangán biológiai szerepe
    - Molibdénkomplexek
    - Mangánkomplexek
  - A vanádium, króm, kobalt és nikkel élettani hatása
  - A platinakomplexek daganatellenes hatása
- chevron_rightAz alumínium- és az óncsoport elemeinek biológiai szerepe
  - Az alumínium hatása az emberi szervezetre
  - Óncsoport: germánium, ón, ólom
- chevron_rightA szilíciumvegyületek biológiai szerepe
- chevron_rightA nitrogén és foszfor szerepe a biológiai rendszerekben
- chevron_rightAz oxigéncsoport elemeinek biológiai jelentősége
  - chevron_rightAz oxigén bioszervetlen kémiája
  - chevron_rightA szelén biológiai jelentősége
    - A szelénvegyületek élettani hatásai
- chevron_rightA halogének bioszervetlen kémiája
chevron_rightIrodalom a bioszervetlen kémia fejezeteihez
Rendszám- és atomtömeg-táblázat

Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 705 1

Orvostudomány

A könyv feladata, hogy az orvostudományt, gyógyszerésztudományt és biológiát választó egyetemi szak hallgatóit és e téma iránt érdeklődőket megismertesse egyrészt a kémia tudomány alapjaival, az általános kémiával, másrészt a fémek és nemfémes elemek biológiai szerepével, a bioszervetlen kémiával vagy másképp, szervetlen biokémiával.

Hivatkozás: https://mersz.hu/erdoddi-gergely-vereb-altalanos-es-bioszervetlen-kemia//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero