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触媒作用

1835
  • Jöns Jacob Berzelius
歴史的な実験室で触媒実験を行う化学者。.

(画像はイメージです)

触媒作用とは、触媒と呼ばれる物質を加えることで化学反応の速度を上げるプロセスです。触媒は反応中に消費されず、変化しません。触媒は、活性化エネルギー([latex]E_a[/latex])の低い代替反応経路を提供することで作用し、全体の熱力学([latex]Delta H[/latex])を変化させることなく、正反応と逆反応の両方を加速します。

触媒作用の基本原理は、化学反応の熱力学に影響を与えることなく、反応速度論を変化させる能力にある。触媒は、多くの場合、1つ以上の中間段階を含む新しい反応機構を導入する。反応 A + B → C の場合、触媒 C は次のように関与する可能性がある。A + C → AC、そして AC + B → C + C。触媒 C はプロセスの最後に再生される。この代替経路は、触媒なしの反応と比較して遷移状態エネルギーが低い。アレニウスの式 [latex]k = Ae^{-E_a/(RT)}[/latex] は、活性化エネルギー ([latex]E_a[/latex]) が低いほど、反応速度定数 (k) が指数関数的に増加することを示す。重要な点として、触媒は反応のギブズ自由エネルギー変化(ΔG)や平衡定数(Keq)を変化させません。平衡に達する速度にのみ影響します。この概念は、1835年にイェンス・ヤコブ・ベルセリウスによって初めて正式に記述されました。彼は、特定の物質が消費されることなく反応を加速できることを観察し、「溶解する」または「分解する」を意味するギリシャ語から「触媒作用」という用語を作り出しました。

この原理は反応座標図を用いて視覚化され、触媒反応経路では非触媒反応経路よりも低いエネルギーピーク(遷移状態)が示されます。反応物と生成物の間の全体的なエネルギー差は同じままですが、乗り越えるべきエネルギー障壁は大幅に低下します。これにより、より多くの反応物分子が衝突時に反応するのに十分なエネルギーを持つようになり、一定の温度において反応速度が速くなります。

UNESCO Nomenclature: 2202
物理化学

タイプ

化学プロセス

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 錬金術における賢者の石の概念
  • ルイ・パスツールによる発酵の観察
  • ハンフリー・デービーによる白金がガス燃焼に及ぼす影響に関する研究
  • カール・ヴィルヘルム・シェーレによる塩素の発見。これは後に触媒反応に利用されるようになった。

アプリケーション

  • 工業用化学合成(例:アンモニア、硫酸)
  • 石油精製
  • ポリマー製造
  • 汚染防止装置(触媒コンバーター)
  • 医薬品製造

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:触媒作用、触媒、活性化エネルギー、反応速度、化学反応速度論、熱力学、反応経路、イェンス・ヤコブ・ベルセリウス、平衡、遷移状態。

歴史的背景

触媒作用

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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