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Catalizzatore in equilibrio chimico

1850
Chimico che conduce esperimenti con catalizzatori in un laboratorio d'epoca, 1850.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Un catalizzatore aumenta la velocità sia della reazione diretta che di quella inversa in egual misura, fornendo un percorso di reazione alternativo con un'energia di attivazione inferiore. Sebbene un catalizzatore consenta a un sistema di raggiungere l'equilibrio molto più rapidamente, non modifica la posizione dell'equilibrio stesso. Le concentrazioni di equilibrio di reagenti e prodotti, e il valore della costante di equilibrio K, rimangono invariati.

La funzione di un catalizzatore può essere visualizzata utilizzando un diagramma del profilo energetico di reazione. Il catalizzatore abbassa l'energia dello stato di transizione, che rappresenta il picco della barriera energetica tra reagenti e prodotti. È fondamentale notare che abbassa questa barriera della stessa quantità sia per la reazione diretta che per quella inversa. Ciò significa che sia l'energia di attivazione per la reazione diretta ([latex]E_{a,fwd}[/latex]) sia l'energia di attivazione per la reazione inversa ([latex]E_{a,rev}[/latex]) vengono ridotte, ma la differenza tra di esse, che corrisponde alla variazione di entalpia complessiva della reazione ([latex]Delta H = E_{a,fwd} – E_{a,rev}[/latex]), non viene influenzata.

Since the equilibrium constant K is related to the standard Gibbs free energy change ([latex]\Delta G^{circ} = -RT \ln K[/latex]), and catalysts do not alter the thermodynamics ([latex]\Delta G^{circ}[/latex], [latex]\Delta H^{circ}[/latex]) of the overall reaction, they cannot change the value of K. Their role is purely kinetic, enabling the system to achieve the thermodynamically favorable equilibrium state in a shorter amount of time. This is vital in industrial processes where reaching equilibrium quickly is economically necessary, as many thermodynamically favorable reactions are too slow to be practical without catalisi.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Chimica fisica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Equazione di Arrhenius che collega la velocità di reazione all'energia di attivazione
  • concetto di energia di attivazione
  • prime osservazioni di sostanze che accelerano le reazioni senza essere consumate (ad esempio, da Kirchhoff, Davy)

Applicazioni

  • catalytic converters in automobiles to reduce harmful emissions
  • enzymes in biological systems acting as biocatalysts
  • Processo Haber-Bosch con catalizzatore al ferro
  • processo di contatto utilizzando un catalizzatore di ossido di vanadio(v)
  • raffinazione e cracking del petrolio

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • photocatalysts for water splitting to produce generatore di idrogeno
  • electrocatalysts for more efficient fuel cells and batteries
  • enzimi geneticamente modificati per la chimica verde e la produzione di biocarburanti
  • nanocatalizzatori con elevata area superficiale per una migliore efficienza industriale
  • catalizzatori monoatomici per la massima efficienza atomica e selettività
  • sistemi catalitici per il riciclo e la degradazione della plastica
  • enzimi artificiali (sinzimi) per terapie mediche mirate
  • catalizzatori per la cattura diretta dell'aria di CO2
  • materiali autoriparanti con microcapsule catalizzatrici-reattive incorporate
  • sistemi di catalisi tandem in cui più fasi catalitiche avvengono in un unico contenitore
Correlato a: catalizzatore, equilibrio, energia di attivazione, velocità di reazione, cinetica, termodinamica, costante di equilibrio, reazione diretta, reazione inversa, enzima.

Contesto storico

Catalizzatore in equilibrio chimico

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1850
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1851
1845
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1851
1852

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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