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Catalisi

1835
  • Jöns Jacob Berzelius
Chimico che conduce un esperimento di catalisi in un laboratorio storico.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

La catalisi è il processo di aumento della velocità di una reazione chimica mediante l'aggiunta di una sostanza nota come catalizzatore. I catalizzatori non vengono consumati nella reazione e rimangono inalterati. Funzionano fornendo un percorso di reazione alternativo con un'energia di attivazione più bassa ([latex]E_a[/latex]), accelerando così sia la reazione di andata che quella di ritorno senza alterare la termodinamica complessiva ([latex]\Delta H[/latex]).

Il principio fondamentale della catalisi risiede nella sua capacità di modificare la cinetica di una reazione chimica senza influenzarne la termodinamica. Un catalizzatore introduce un nuovo meccanismo di reazione, spesso coinvolgente uno o più passaggi intermedi. Per una reazione A + B → C, un catalizzatore C potrebbe partecipare come segue: A + C → AC e quindi AC + B → C + C. Il catalizzatore C viene rigenerato al termine del processo. Questo percorso alternativo presenta un'energia dello stato di transizione inferiore rispetto alla reazione non catalizzata. L'equazione di Arrhenius, k = Ae^{-E_a/(RT)}[/latex], mostra che una minore energia di attivazione (E_a) porta a un aumento esponenziale della costante di velocità di reazione (k). È importante sottolineare che il catalizzatore non modifica la variazione di energia libera di Gibbs (ΔG) o la costante di equilibrio (Keq) della reazione. Influisce solo sulla velocità con cui viene raggiunto l'equilibrio. Questo concetto fu descritto formalmente per la prima volta da Jöns Jacob Berzelius nel 1835, il quale osservò che alcune sostanze potevano accelerare le reazioni senza essere consumate, coniando il termine "catalisi" da parole greche che significano "sciogliere" o "scomporre".

Questo principio è visualizzato utilizzando diagrammi di coordinate di reazione, in cui il percorso catalizzato mostra un picco energetico (stato di transizione) inferiore rispetto a quello non catalizzato. Mentre la differenza energetica complessiva tra reagenti e prodotti rimane la stessa, la barriera energetica da superare si riduce significativamente. Ciò consente a una frazione maggiore di molecole di reagente di possedere energia sufficiente per reagire in caso di collisione, portando a una velocità di reazione più elevata a una data temperatura.

UNESCO Nomenclature: 2202
- Chimica fisica

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • concetti alchemici della pietra filosofale
  • osservazioni sulla fermentazione di Louis Pasteur
  • Il lavoro di Humphry Davy sull'effetto del platino sulla combustione dei gas
  • scoperta del cloro da parte di Carl Wilhelm Scheele, che in seguito trovò impiego nelle reazioni catalizzate

Applicazioni

  • sintesi chimica industriale (ad esempio, ammoniaca, acido solforico)
  • raffinazione del petrolio
  • produzione di polimeri
  • controllo dell'inquinamento (convertitori catalitici)
  • produzione farmaceutica

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Argomenti correlati: catalisi, catalizzatore, energia di attivazione, velocità di reazione, cinetica chimica, termodinamica, percorso di reazione, Jöns Jacob Berzelius, equilibrio, stato di transizione.

Contesto storico

Catalisi

1831
1832
1834
1835
1838
1841
1845
1831
1831
1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847

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

Invenzioni, innovazioni e principi tecnici correlati

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