Катализатор | это… Что такое Катализатор?

У этого термина существуют и другие значения, см. Катализатор (значения).

Схема протекания реакции с катализатором

Катализа́тор — химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции^[1]. Количество катализатора, в отличие от реагентов, после реакции не изменяется. Важно понимать, что катализатор не участвует в реакции. Они обеспечивают более быстрый путь для реакции, катализатор реагирует с исходным веществом, получившееся промежуточное соединение подвергается превращениям и в конце расщепляется на продукт и катализатор. Затем катализатор снова реагирует с исходным веществом, и этот каталитический цикл многократно повторяется.

Содержание 1 Катализаторы в химии 2 Катализаторы в автомобилях 3 Источники 4 См. также 5 Ссылки

Катализаторы в химии

Катализаторы подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Гомогенный катализатор находится в одной фазе с реагирующими веществами, гетерогенный — образует самостоятельную фазу, отделённую границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества ^[1]. Типичными гомогенными катализаторами являются кислоты и основания. В качестве гетерогенных катализаторов применяются металлы, их оксиды и сульфиды.

Реакции одного и того же типа могут протекать как с гомогенными, так и с гетерогенными катализаторами. Так, наряду с растворами кислот применяются имеющие кислотные свойства твёрдые Al₂O₃, TiO₂, ThO₂, алюмосиликаты, цеолиты. Гетерогенные катализаторы с основными свойствами: CaO, BaO, MgO ^[1].

Гетерогенные катализаторы имеют, как правило, сильно развитую поверхность, для чего их распределяют на инертном носителе (силикагель, оксид алюминия, активированный уголь и др.).

Для каждого типа реакций эффективны только определённые катализаторы. Кроме уже упомянутых кислотно-основных, существуют катализаторы окисления-восстановления; для них характерно присутствие переходного металла или его соединения (Со⁺³, V₂O₅+MoO₃). В этом случае катализ осуществляется путём изменения степени окисления переходного металла.

Много реакций осуществлено при помощи катализаторов, которые действуют через координацию реагентов у атома или иона переходного металла (Ti, Rh, Ni). Такой катализ называется координационным.

Если катализатор обладает хиральными свойствами, то из оптически неактивного субстрата получается оптически активный продукт.

В современной науке и технике часто применяют системы из нескольких катализаторов, каждый из которых ускоряет разные стадии реакции ^[2][3]. Катализатор также может увеличивать скорость одной из стадий каталитического цикла, осуществляемого другим катализатором. Здесь имеет место «катализ катализа», или катализ второго уровня (Имянитов).

В биохимических реакциях роль катализаторов играют ферменты.

Катализаторы следует отличать от инициаторов. Например, перекиси распадаются на свободные радикалы, которые могут инициировать радикальные цепные реакции. Инициаторы расходуются в процессе реакции, поэтому их нельзя считать катализаторами.

Ингибиторы иногда ошибочно считают отрицательными катализаторами. Но ингибиторы, например, цепных радикальных реакций, реагируют со свободными радикалами и, в отличие от катализаторов, не сохраняются. Другие ингибиторы (каталитические яды) связываются с катализатором и его дезактивируют, здесь имеет место подавление катализа, а не отрицательный катализ. Отрицательный катализ в принципе невозможен: он обеспечивал бы для реакции более медленный путь, но реакция, естественно, пойдёт по более быстрому, в данном случае, не катализированному, пути.

Катализаторы в автомобилях

Основная статья: Каталитический конвертер

Задачей автомобильного катализатора является снижение количества вредных веществ в выхлопных газах. Среди них:

• окись углерода (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха
• углеводороды, также известные как летучие органические соединения — один из главных компонентов смога, образуется за счёт неполного сгорания топлива
• оксиды азота (NO и NO₂, которые часто объединяют под обозначением NO_x) — также являются компонентом смога, а также кислотных дождей, оказывают влияние на слизистую человека. ^[4]

Источники

1. ↑ ^{1 2 3} Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 335, 337. — ISBN 5-85270-035-5.
2. ↑ Имянитов Н. С. Системы из нескольких катализаторов в металлокомплексном катализе. // Координационная химия. 1984. — Т. 10. — № 11 — С. 1443—1454. — ISSN 0132-344X.
3. ↑ Temkin O.N., Braylovskiy S. M. / The mechanism of catalysis in homogeneous polyfunctional catalytic systems. // Fundamental Research in Homogeneous Catalysis. — Ed. by A.E. Shilov. — New York etc: Gordon and Breach Science Publishers, 1986. — Vol. Two. — P.621- 633.
4. ↑ Автомобильный катализатор и его роль в выхлопной системе. AutoRelease.ru. Архивировано из первоисточника 25 августа 2011.

См. также

• Ингибитор
• Ферментативный ингибитор
• Активатор (катализ)
• Энергия активации
• Катализ

Ссылки

Катализатор | это.

.. Что такое Катализатор?

У этого термина существуют и другие значения, см. Катализатор (значения).

Схема протекания реакции с катализатором

Катализа́тор — химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции^[1]. Количество катализатора, в отличие от реагентов, после реакции не изменяется. Важно понимать, что катализатор не участвует в реакции. Они обеспечивают более быстрый путь для реакции, катализатор реагирует с исходным веществом, получившееся промежуточное соединение подвергается превращениям и в конце расщепляется на продукт и катализатор. Затем катализатор снова реагирует с исходным веществом, и этот каталитический цикл многократно повторяется.

Содержание 1 Катализаторы в химии 2 Катализаторы в автомобилях 3 Источники 4 См. также 5 Ссылки

Катализаторы в химии

Катализаторы подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Гомогенный катализатор находится в одной фазе с реагирующими веществами, гетерогенный — образует самостоятельную фазу, отделённую границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества ^[1]. Типичными гомогенными катализаторами являются кислоты и основания. В качестве гетерогенных катализаторов применяются металлы, их оксиды и сульфиды.

Реакции одного и того же типа могут протекать как с гомогенными, так и с гетерогенными катализаторами. Так, наряду с растворами кислот применяются имеющие кислотные свойства твёрдые Al₂O₃, TiO₂, ThO₂, алюмосиликаты, цеолиты. Гетерогенные катализаторы с основными свойствами: CaO, BaO, MgO ^[1].

Гетерогенные катализаторы имеют, как правило, сильно развитую поверхность, для чего их распределяют на инертном носителе (силикагель, оксид алюминия, активированный уголь и др.).

Для каждого типа реакций эффективны только определённые катализаторы. Кроме уже упомянутых кислотно-основных, существуют катализаторы окисления-восстановления; для них характерно присутствие переходного металла или его соединения (Со⁺³, V₂O₅+MoO₃). В этом случае катализ осуществляется путём изменения степени окисления переходного металла.

Много реакций осуществлено при помощи катализаторов, которые действуют через координацию реагентов у атома или иона переходного металла (Ti, Rh, Ni). Такой катализ называется координационным.

Если катализатор обладает хиральными свойствами, то из оптически неактивного субстрата получается оптически активный продукт.

В современной науке и технике часто применяют системы из нескольких катализаторов, каждый из которых ускоряет разные стадии реакции ^[2][3]. Катализатор также может увеличивать скорость одной из стадий каталитического цикла, осуществляемого другим катализатором. Здесь имеет место «катализ катализа», или катализ второго уровня (Имянитов).

В биохимических реакциях роль катализаторов играют ферменты.

Катализаторы следует отличать от инициаторов. Например, перекиси распадаются на свободные радикалы, которые могут инициировать радикальные цепные реакции. Инициаторы расходуются в процессе реакции, поэтому их нельзя считать катализаторами.

Ингибиторы иногда ошибочно считают отрицательными катализаторами. Но ингибиторы, например, цепных радикальных реакций, реагируют со свободными радикалами и, в отличие от катализаторов, не сохраняются. Другие ингибиторы (каталитические яды) связываются с катализатором и его дезактивируют, здесь имеет место подавление катализа, а не отрицательный катализ. Отрицательный катализ в принципе невозможен: он обеспечивал бы для реакции более медленный путь, но реакция, естественно, пойдёт по более быстрому, в данном случае, не катализированному, пути.

Катализаторы в автомобилях

Основная статья: Каталитический конвертер

Задачей автомобильного катализатора является снижение количества вредных веществ в выхлопных газах. Среди них:

• окись углерода (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха
• углеводороды, также известные как летучие органические соединения — один из главных компонентов смога, образуется за счёт неполного сгорания топлива
• оксиды азота (NO и NO₂, которые часто объединяют под обозначением NO_x) — также являются компонентом смога, а также кислотных дождей, оказывают влияние на слизистую человека. ^[4]

Источники

1. ↑ ^{1 2 3} Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 335, 337. — ISBN 5-85270-035-5.
2. ↑ Имянитов Н. С. Системы из нескольких катализаторов в металлокомплексном катализе. // Координационная химия. 1984. — Т. 10. — № 11 — С. 1443—1454. — ISSN 0132-344X.
3. ↑ Temkin O.N., Braylovskiy S. M. / The mechanism of catalysis in homogeneous polyfunctional catalytic systems. // Fundamental Research in Homogeneous Catalysis. — Ed. by A.E. Shilov. — New York etc: Gordon and Breach Science Publishers, 1986. — Vol. Two. — P.621- 633.
4. ↑ Автомобильный катализатор и его роль в выхлопной системе. AutoRelease.ru. Архивировано из первоисточника 25 августа 2011.

См. также

• Ингибитор
• Ферментативный ингибитор
• Активатор (катализ)
• Энергия активации
• Катализ

Ссылки

Катализатор | это.

.. Что такое Катализатор?

У этого термина существуют и другие значения, см. Катализатор (значения).

Схема протекания реакции с катализатором

Катализа́тор — химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции^[1]. Количество катализатора, в отличие от реагентов, после реакции не изменяется. Важно понимать, что катализатор не участвует в реакции. Они обеспечивают более быстрый путь для реакции, катализатор реагирует с исходным веществом, получившееся промежуточное соединение подвергается превращениям и в конце расщепляется на продукт и катализатор. Затем катализатор снова реагирует с исходным веществом, и этот каталитический цикл многократно повторяется.

Содержание 1 Катализаторы в химии 2 Катализаторы в автомобилях 3 Источники 4 См. также 5 Ссылки

Катализаторы в химии

Катализаторы подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Гомогенный катализатор находится в одной фазе с реагирующими веществами, гетерогенный — образует самостоятельную фазу, отделённую границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества ^[1]. Типичными гомогенными катализаторами являются кислоты и основания. В качестве гетерогенных катализаторов применяются металлы, их оксиды и сульфиды.

Реакции одного и того же типа могут протекать как с гомогенными, так и с гетерогенными катализаторами. Так, наряду с растворами кислот применяются имеющие кислотные свойства твёрдые Al₂O₃, TiO₂, ThO₂, алюмосиликаты, цеолиты. Гетерогенные катализаторы с основными свойствами: CaO, BaO, MgO ^[1].

Гетерогенные катализаторы имеют, как правило, сильно развитую поверхность, для чего их распределяют на инертном носителе (силикагель, оксид алюминия, активированный уголь и др.).

Для каждого типа реакций эффективны только определённые катализаторы. Кроме уже упомянутых кислотно-основных, существуют катализаторы окисления-восстановления; для них характерно присутствие переходного металла или его соединения (Со⁺³, V₂O₅+MoO₃). В этом случае катализ осуществляется путём изменения степени окисления переходного металла.

Много реакций осуществлено при помощи катализаторов, которые действуют через координацию реагентов у атома или иона переходного металла (Ti, Rh, Ni). Такой катализ называется координационным.

Если катализатор обладает хиральными свойствами, то из оптически неактивного субстрата получается оптически активный продукт.

В современной науке и технике часто применяют системы из нескольких катализаторов, каждый из которых ускоряет разные стадии реакции ^[2][3]. Катализатор также может увеличивать скорость одной из стадий каталитического цикла, осуществляемого другим катализатором. Здесь имеет место «катализ катализа», или катализ второго уровня (Имянитов).

В биохимических реакциях роль катализаторов играют ферменты.

Катализаторы следует отличать от инициаторов. Например, перекиси распадаются на свободные радикалы, которые могут инициировать радикальные цепные реакции. Инициаторы расходуются в процессе реакции, поэтому их нельзя считать катализаторами.

Ингибиторы иногда ошибочно считают отрицательными катализаторами. Но ингибиторы, например, цепных радикальных реакций, реагируют со свободными радикалами и, в отличие от катализаторов, не сохраняются. Другие ингибиторы (каталитические яды) связываются с катализатором и его дезактивируют, здесь имеет место подавление катализа, а не отрицательный катализ. Отрицательный катализ в принципе невозможен: он обеспечивал бы для реакции более медленный путь, но реакция, естественно, пойдёт по более быстрому, в данном случае, не катализированному, пути.

Катализаторы в автомобилях

Основная статья: Каталитический конвертер

Задачей автомобильного катализатора является снижение количества вредных веществ в выхлопных газах. Среди них:

• окись углерода (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха
• углеводороды, также известные как летучие органические соединения — один из главных компонентов смога, образуется за счёт неполного сгорания топлива
• оксиды азота (NO и NO₂, которые часто объединяют под обозначением NO_x) — также являются компонентом смога, а также кислотных дождей, оказывают влияние на слизистую человека. ^[4]

Источники

1. ↑ ^{1 2 3} Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 335, 337. — ISBN 5-85270-035-5.
2. ↑ Имянитов Н. С. Системы из нескольких катализаторов в металлокомплексном катализе. // Координационная химия. 1984. — Т. 10. — № 11 — С. 1443—1454. — ISSN 0132-344X.
3. ↑ Temkin O.N., Braylovskiy S. M. / The mechanism of catalysis in homogeneous polyfunctional catalytic systems. // Fundamental Research in Homogeneous Catalysis. — Ed. by A.E. Shilov. — New York etc: Gordon and Breach Science Publishers, 1986. — Vol. Two. — P.621- 633.
4. ↑ Автомобильный катализатор и его роль в выхлопной системе. AutoRelease.ru. Архивировано из первоисточника 25 августа 2011.

См. также

• Ингибитор
• Ферментативный ингибитор
• Активатор (катализ)
• Энергия активации
• Катализ

Ссылки

Катализатор | это.

.. Что такое Катализатор?

У этого термина существуют и другие значения, см. Катализатор (значения).

Схема протекания реакции с катализатором

Катализа́тор — химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции^[1]. Количество катализатора, в отличие от реагентов, после реакции не изменяется. Важно понимать, что катализатор не участвует в реакции. Они обеспечивают более быстрый путь для реакции, катализатор реагирует с исходным веществом, получившееся промежуточное соединение подвергается превращениям и в конце расщепляется на продукт и катализатор. Затем катализатор снова реагирует с исходным веществом, и этот каталитический цикл многократно повторяется.

Содержание 1 Катализаторы в химии 2 Катализаторы в автомобилях 3 Источники 4 См. также 5 Ссылки

Катализаторы в химии

Катализаторы подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Гомогенный катализатор находится в одной фазе с реагирующими веществами, гетерогенный — образует самостоятельную фазу, отделённую границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества ^[1]. Типичными гомогенными катализаторами являются кислоты и основания. В качестве гетерогенных катализаторов применяются металлы, их оксиды и сульфиды.

Реакции одного и того же типа могут протекать как с гомогенными, так и с гетерогенными катализаторами. Так, наряду с растворами кислот применяются имеющие кислотные свойства твёрдые Al₂O₃, TiO₂, ThO₂, алюмосиликаты, цеолиты. Гетерогенные катализаторы с основными свойствами: CaO, BaO, MgO ^[1].

Гетерогенные катализаторы имеют, как правило, сильно развитую поверхность, для чего их распределяют на инертном носителе (силикагель, оксид алюминия, активированный уголь и др.).

Для каждого типа реакций эффективны только определённые катализаторы. Кроме уже упомянутых кислотно-основных, существуют катализаторы окисления-восстановления; для них характерно присутствие переходного металла или его соединения (Со⁺³, V₂O₅+MoO₃). В этом случае катализ осуществляется путём изменения степени окисления переходного металла.

Много реакций осуществлено при помощи катализаторов, которые действуют через координацию реагентов у атома или иона переходного металла (Ti, Rh, Ni). Такой катализ называется координационным.

Если катализатор обладает хиральными свойствами, то из оптически неактивного субстрата получается оптически активный продукт.

В современной науке и технике часто применяют системы из нескольких катализаторов, каждый из которых ускоряет разные стадии реакции ^[2][3]. Катализатор также может увеличивать скорость одной из стадий каталитического цикла, осуществляемого другим катализатором. Здесь имеет место «катализ катализа», или катализ второго уровня (Имянитов).

В биохимических реакциях роль катализаторов играют ферменты.

Катализаторы следует отличать от инициаторов. Например, перекиси распадаются на свободные радикалы, которые могут инициировать радикальные цепные реакции. Инициаторы расходуются в процессе реакции, поэтому их нельзя считать катализаторами.

Ингибиторы иногда ошибочно считают отрицательными катализаторами. Но ингибиторы, например, цепных радикальных реакций, реагируют со свободными радикалами и, в отличие от катализаторов, не сохраняются. Другие ингибиторы (каталитические яды) связываются с катализатором и его дезактивируют, здесь имеет место подавление катализа, а не отрицательный катализ. Отрицательный катализ в принципе невозможен: он обеспечивал бы для реакции более медленный путь, но реакция, естественно, пойдёт по более быстрому, в данном случае, не катализированному, пути.

Катализаторы в автомобилях

Основная статья: Каталитический конвертер

Задачей автомобильного катализатора является снижение количества вредных веществ в выхлопных газах. Среди них:

• окись углерода (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха
• углеводороды, также известные как летучие органические соединения — один из главных компонентов смога, образуется за счёт неполного сгорания топлива
• оксиды азота (NO и NO₂, которые часто объединяют под обозначением NO_x) — также являются компонентом смога, а также кислотных дождей, оказывают влияние на слизистую человека. ^[4]

Источники

1. ↑ ^{1 2 3} Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 335, 337. — ISBN 5-85270-035-5.
2. ↑ Имянитов Н. С. Системы из нескольких катализаторов в металлокомплексном катализе. // Координационная химия. 1984. — Т. 10. — № 11 — С. 1443—1454. — ISSN 0132-344X.
3. ↑ Temkin O.N., Braylovskiy S. M. / The mechanism of catalysis in homogeneous polyfunctional catalytic systems. // Fundamental Research in Homogeneous Catalysis. — Ed. by A.E. Shilov. — New York etc: Gordon and Breach Science Publishers, 1986. — Vol. Two. — P.621- 633.
4. ↑ Автомобильный катализатор и его роль в выхлопной системе. AutoRelease.ru. Архивировано из первоисточника 25 августа 2011.

См. также

• Ингибитор
• Ферментативный ингибитор
• Активатор (катализ)
• Энергия активации
• Катализ

Ссылки

Катализаторы | это.

.. Что такое Катализаторы?

Катализа́тор — вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции (Химическая энциклопедия). Количество катализатора, в отличие от других реагентов, при реакции не изменяется. Обеспечивая более быстрый путь для реакции, катализатор реагирует с исходным веществом, получившееся промежуточное соединение подвергается превращениям и в конце расщепляется на продукт и катализатор. Затем катализатор снова реагирует с исходным веществом, и этот каталитический цикл многократно (сотни, миллионы раз) повторяется.

Содержание 1 Катализаторы в химии 2 Катализаторы в автомобилях 3 Источники 4 Литература 5 Ссылки 6 См. также

Катализаторы в химии

Катализаторы подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Гомогенный катализатор находится в одной фазе с реагирующими веществами, гетерогенный – образует самостоятельную фазу, отделённую границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества (Химическая энциклопедия). Типичными гомогенными катализаторами являются кислоты и основания. В качестве гетерогенных катализаторов применяются металлы, их оксиды и сульфиды.

Реакции одного и того же типа могут протекать как с гомогенными, так и с гетерогенными катализаторами. Так, наряду с растворами кислот применяются имеющие кислотные свойства твёрдые Al₂O₃, TiO₂, ThO₂, алюмосиликаты, цеолиты. Гетерогенные катализаторы с основными свойствами: CaO, BaO, MgO (Химическая энциклопедия).

Гетерогенные катализаторы имеют, как правило, сильно развитую поверхность, для чего их распределяют на инертном носителе (силикагель, оксид алюминия, активированный уголь и др.).

Для каждого типа реакций эффективны только определённые катализаторы. Кроме уже упомянутых кислотно-основных, существуют катализаторы окисления-востановления; для них характерно присутствие переходного металла или его соединения (Со⁺³, V₂O₅+MoO₃). В этом случае катализ осуществляется путём изменения степени окисления переходного металла.

Много реакций осуществлено при помощи катализаторов, которые действуют через координацию реагентов у атома или иона переходного металла (Ti, Rh, Ni). Такой катализ называется координационным.

Если катализатор обладает хиральными свойствами, то из оптически неактивного субстрата получается оптически активный продукт.

В современной науке и технике часто применяют системы из нескольких катализаторов, каждый из которых ускоряет разные стадии реакции (Имянитов, Temkin). Катализатор также может увеличивать скорость одной из стадий каталитического цикла, осуществляемого другим катализатором. Здесь имеет место «катализ катализа», или катализ второго уровня (Имянитов).

В биохимических реакциях роль катализаторов играют ферменты.

Катализаторы следует отличать от инициаторов. Например, перекиси распадаются на свободные радикалы, которые могут инициировать радикальные цепные реакции. Инициаторы расходуются в процессе реакции, поэтому их нельзя считать катализаторами.

Ингибиторы иногда ошибочно считают отрицательными катализаторами. Но ингибиторы, например, цепных радикальных реакций, реагируют со свободными радикалами и, в отличие от катализаторов, не сохраняются. Другие ингибиторы (каталитические яды) связываются с катализатором и его дезактивируют, здесь имеет место подавление катализа, а не отрицательный катализ. Отрицательный катализ в принципе невозможен: он обеспечивал бы для реакции более медленный путь, но реакция, естественно, пойдёт по более быстрому, в данном случае, не катализированному, пути.

Катализаторы в автомобилях

На дороги ежедневно выезжают миллионы автомобилей, и каждый из них — источник загрязнения воздуха. Особенно это чувствуется в крупных городах, где выхлопные газы автомобилей могут создавать большие проблемы.

В современных автомашинах присутствует каталитический преобразователь или автомобильный катализатор. Задачей автомобильного катализатора является снижение количества вредных веществ в выхлопных газах. Среди них:

• окись углерода (СО) — ядовитый газ без цвета и запаха
• углеводороды, также известные как летучие органические соединения — один из главных компонентов смога, образуется за счет неполного сгорания топлива
• оксиды азота (NO и NO₂, которые часто объединяют под обозначением NO_x) — также являются компонентом смога, а также кислотных дождей, оказывают влияние на слизистую человека.^[1]

Источники

1. ↑ Автомобильный катализатор и его роль в выхлопной системе. AutoRelease.ru.

Литература

1. Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 335, 337. — ISBN 5-85270-035-5.
2. Имянитов Н. С. Системы из нескольких катализаторов в металлокомплексном катализе. // Координационная химия. 1984. — Т. 10. — № 11 — С. 1443 — 1454. — 0132-344X.
3. Temkin O.N., Braylovskiy S. M. / The mechanism of catalysis in homogeneous polyfunctional catalytic systems. // Fundamental Research in Homogeneous Catalysis. — Ed. by A.E. Shilov. — New York etc: Gordon and Breach Science Publishers, 1986. — Vol. Two. — P.621- 633.

Ссылки

• Сайт про автомобильный катализатор и глушитель
• всё про аVтокатализатор и глушитель на сайте аVтокатализатор.ru

См. также

• Ингибитор
• Ферментативный ингибитор
• Активатор (катализ)
• Энергия активации
• Катализ

цена, виды, какие есть заменители, причины неисправностей, можно ли удалить и почему их воруют

Эдуард Солодин

разбирался в катализаторах

Профиль автора

Я ехал по трассе, и у машины пропала тяга. Хорошо, что это не случилось при обгоне.

Я добрался до ближайшего автосервиса и удалил катализатор. Потом заплатил за работу и оставил все, что от этого катализатора осталось, ребятам из автосервиса. Тогда я еще не знал, что эта деталь содержит драгоценные металлы и за все, что от него осталось, дают хорошие деньги. В следующий раз буду умнее: проезжу на машине до 100 000 км, потом удалю, а катализатор оставлю себе или расплачусь им за работу.

Из-за таких историй некоторые автовладельцы считают катализатор бомбой замедленного действия и спешат поскорее его удалить. В некоторых автосервисах этому рады и советуют удалять катализаторы даже на новых машинах. Они утверждают, что это лишняя деталь, которую навязывают автопроизводителям экологи, и что автомобиль после этого будет ехать бодрее, а расход топлива уменьшится.

Я попытался разобраться, насколько катализатор лишняя деталь в автомобиле и можно ли его удалять. Из этой статьи вы узнаете, как работает катализатор, какие типы катализаторов бывают, из-за чего они выходят из строя и какие есть признаки неисправного катализатора.

Катализатор расположен в выхлопной системе автомобиля, ближе к выпускному коллектору двигателя, и нужен для очистки отработавших газов от вредных выбросов. Источник: Setta Sornnoi / Shutterstock

Что такое катализатор и зачем он нужен

Двигатель внутреннего сгорания работает на воздушно-топливной смеси. Она сгорает с образованием токсичных выхлопных газов, а на бензиновых двигателях какая-то часть смеси может вообще не сгореть и улететь в выхлопную трубу. Чтобы хоть как-то снизить концентрацию вредных веществ в выхлопных газах, на их пути ставят каталитический нейтрализатор отработавших газов: катализатор, если по-простому. Выхлопные газы идут через него, как через фильтр.

Технически это огнеупорный керамический или металлический цилиндр с сотами, через которые проходят отработавшие газы, в составе которых есть вредные вещества: углеводород, оксид азота, окись углерода. На стенках этих сот есть микрослой веществ-катализаторов: это может быть платина, палладий или родий. Они ускоряют химические процессы, и выхлопные газы после окислительно-восстановительных реакций с этими металлами становятся менее токсичными.

/osmotr-avto/

Как осмотреть автомобиль с пробегом

Соты исправного керамического катализатора. Источник: Anton Tolmachov / Shutterstock

В основном катализаторы ставят в выхлопной системе автомобилей с бензиновыми двигателями. Их может быть несколько: например, если из двигателя идет две отдельные выхлопные трубы, ставят по одному на каждую. Бывает, что катализаторы ставят последовательно на одной выхлопной трубе.

Для очистки выхлопных газов дизельного двигателя чаще всего применяют сажевые фильтры. Конструкция примерно такая же, только ячейки фильтра закрыты с одной из сторон. Выхлопные газы находят выход через пористые стенки каналов, на которых оседает сажа. Такие фильтры периодически требуют очистки. Для этого внутри фильтра повышается температура, и частицы сажи догорают. Этот процесс называют активной регенерацией.

Еще катализатор снижает температуру газов. Например, на входе в катализатор температура газов около +390 °C, а на выходе — уже +260 °C. Примерно в таком температурном режиме и проходят химические реакции, поэтому какое-то время после запуска двигателя катализатор не работает.

/honda-remont/

Как мы отремонтировали машину на страховую выплату

Работает катализатор или нет, определяет второй кислородный датчик, он же лямбда-зонд. Его ставят после катализатора, и его задача — определять уровень токсичности выбросов. Если его просто удалить, датчик зафиксирует низкую эффективность катализатора, и на приборной панели появляется ошибка Check engine.

Существуют различные экологические классы для вредных выбросов автомобиля: Евро-2, Евро-3, Евро-4, Евро-5 и Евро-6. В России для новых автомобилей с 2016 года действует стандарт Евро-5. Узнать экологический класс своего авто можно в паспорте транспортного средства. По опыту работников автосервиса, чем выше экологический класс автомобиля, тем меньше ресурс катализатора. Стенки керамических сот у таких катализаторов тоньше, ячейки расположены плотнее, чтобы работать эффективнее.

Экологический класс указан в 13-м пункте паспорта транспортного средства

Виды катализаторов и их заменители

Оригинальный катализатор устанавливает завод-изготовитель. Такой может стоить до 5% от стоимости всего автомобиля. В России мало предприятий по производству катализаторов. В основном их делают за границей, их стоимость зависит от госпошлины, курса доллара и курса драгметаллов. Заменить катализатор на оригинальный стоит от 25 000 Р.

Обычно такую замену делают на гарантийных машинах, если по каким-то причинам он вышел из строя или его украли. Срок службы оригинального катализатора обычно не меньше гарантийного срока автомобиля.

Цена на новый оригинальный катализатор для Хендай Солярис 1,6 л 2017 года — от 58 000 Р

Универсальный катализатор заменяет оригинальный почти для любого автомобиля. Он стоит дешевле оригинального, и срок его службы меньше. В теории он должен прослужить примерно 60 000 км. Цены на универсальный катализатор — от 5000 Р. В ячейках таких катализаторов вместо платины, палладия и родия применяют, например, золото. Оно хуже ускоряет каталитические реакции, поэтому хуже очищает выхлопные газы от вредных веществ.

При выборе универсального катализатора важно правильно определить его объем, который не должен быть меньше оригинального. Корпус катализатора не всегда круглой формы, у него разная длина и ширина. Отработавший катализатор вырезают из корпуса болгаркой, а новый вваривают на его место. Лучше, чтобы эти работы проводил опытный сварщик, который сделает качественный сварной шов.

Установка универсального катализатора — это компромисс для тех, кто не хочет или не может купить оригинальный катализатор, но заботится об экологии или хотя бы хочет пройти техосмотр.

Универсальный металлический катализатор Евро-5. Устанавливается на место старого катализатора

Пламегаситель в английских руководствах по ремонту выхлопных систем — это «предварительный глушитель». Он смешивает потоки отработавших газов из разных цилиндров, снижает их температуру, а также сводит уровень шума и вибрацию до приемлемого уровня. Его устанавливают вместо катализатора, но он никак не влияет на токсичность отработавших газов.

Если не установить пламегаситель после удаления катализатора, то выхлопная система со временем прогорит из-за высокой температуры отработавших газов. Простой пламегаситель — это труба с перфорацией для газов в стальном корпусе. Цены на пламегасители начинаются от 760 Р.

Между корпусом и трубой пламегасителя проложен огнеупорный наполнитель. Обычно это базальт, синтетическое волокно или минеральная вата. Корпус пламегасителей может быть однослойным или двухслойным. Двухслойные также называют реактивными. Они более долговечны и хорошо гасят колебания звуковой волны. Внутренний слой должен выдерживать воздействие высоких температур, а внешний — коррозии.

Для каждого автомобиля нужно рассчитать оптимальный объем пламегасителя. Если объема пламегасителя будет недостаточно, то звук на выходе будет неприятным, дребезжащим. Те элементы глушителя, которые находятся после пламегасителя, подвергаются повышенному износу и быстрее выходят из строя.

По сравнению со стоимостью оригинального катализатора установить пламегаситель дешевле — от 3500 Р. Его установка предполагает перепрошивку блока управления двигателем (ЭБУ) или установку специальной «обманки» для электронного блока управления. Подробнее про них мы напишем чуть ниже.

/remont-total/

Как я разбила и собрала заново Фольксваген Поло

Внутри пламегасителя труба с перфорацией и огнеупорный наполнитель. Источник: CameraMan32 / Shutterstock

Можно ли удалить катализатор

Катализатор по умолчанию рассчитан на весь срок службы автомобиля. Но качество топлива и тяжелые условия эксплуатации разрушают его значительно раньше: например, при пробеге 100 000 км.

Нет универсального или регламентированного срока удаления катализатора — каждый случай индивидуален. Неисправный катализатор доставляет множество проблем: от назойливой лампочки Check engine до попадания керамической пыли в цилиндры двигателя. Поэтому у большинства автомобилей старше десяти лет катализатор уже удален.

Есть такие выхлопные системы, при которых катализатор расположен очень близко к двигателю. В случае когда он начинает разрушаться, дисперсионная пыль от него летит в сторону двигателя. Она очень мелкая и твердая, ее можно сравнить с мелким песком. Она царапает цилиндры двигателя при работе поршней. Из-за этих царапин двигатель начинает потреблять масло или его расход увеличивается — это в случае, если двигатель потребляет его с первых дней эксплуатации автомобиля.

Рано или поздно это приводит к капитальному ремонту двигателя. Некоторые автовладельцы хотят избежать таких неприятных последствий и удаляют катализатор еще до того, как он начнет разрушаться.

Замена катализатора на новый — дорогостоящая процедура: один катализатор может стоить 100 000 Р, а теперь представьте, что их в машине два и оба износились примерно одинаково. Поэтому вместо нового катализатора в выхлопную систему чаще всего устанавливают пламегаситель с «обманкой» или, что гораздо реже, — универсальный катализатор.

/autocalc/

За три года я потратил на машину 800 тысяч. Это как вообще?

Внутри обманки небольшой кусочек катализатора. Ее ставят на второй лямбда-зонд, а часть обманки с сеткой вкручивают в выхлопную систему после пламегасителя. Благодаря устройству ЭБУ автомобиля думает, что отработавшие газы в порядке, катализатор на месте, и Check engine на приборной панели не загорается. Тем не менее обманка не гарантирует, что ошибка не появится: лампочка может загореться после заправки не самым хорошим бензином или после резкого разгона

Обманка для второго лямбда-зонда

Можно обойтись без обманки. Для этого нужно перепрошить электронный блок управления и настроить его так, чтобы лямбда-зонд воспринимал новые «вредные» показания датчиков как норму. В объявлениях эту процедуру называют перепрошивкой под Евро-2 и обещают, что машина будет ехать бодрее, двигатель будет выдавать на 20—30 лошадиных сил больше.

Вместе с этим любое вмешательство в оригинальное программное обеспечение ЭБУ — риск, поэтому перепрошивку должен делать квалифицированный специалист с проверенной программой. Выхлопные газы автомобиля при установке пламегасителя фактически не очищаются, но ошибка Check engine на приборной панели из-за перепрошивки не появится. Очень важно помнить, что несмотря на это двигатель, скорее всего, проектировали под более высокий экологический класс, а значит, с настройками под Евро-2 он проработает гораздо меньше, чем мог бы.

Установка обманок, пламегасителей вместо нового оригинального катализатора может привести к неожиданным последствиям: ошибкам двигателя, неприятному запаху выхлопных газов или излишнему расходу топлива и масла.

Из-за того что количество вредных выбросов при таком ремонте не соответствует заявленным нормам, автомобиль может не пройти техосмотр. По российскому законодательству катализатор — компонент транспортного средства, поэтому автовладелец удаляет его на свой страх и риск. Если по каким-то причинам нужно заменить оригинальный катализатор, то установка универсального — оптимальное решение.

/avto-u-dilera/

Как проверить новый автомобиль в салоне

Не советую удалять катализатор на гарантийных автомобилях на пробеге до 100 000 км без необходимости. Двигатель автомобиля, скорее всего, снимут с гарантии из-за вмешательства в выхлопную систему. На гарантийных авто проблема с катализаторами возникает редко, менее 1% случаев от общего объема продаж.

Диагностическое оборудование расшифровало ошибку Check engine на приборной панели. Проблема в катализаторе

Почему катализаторы воруют

От краж катализатора часто страдают автомобили каршеринга и такси. Но были случаи, когда оригинальный катализатор вырезали на улице, когда автомобиль припаркован на ночь во дворе. Достаточно поднять машину домкратом и вырезать часть глушителя болгаркой.

В автомобилях с высоким клиренсом можно добраться до катализатора даже без домкрата. Кража катализатора занимает около минуты. Но если сигнализация оборудована датчиком наклона, то она сообщит, что автомобиль пытаются приподнять.

Таким варварским способом крадут катализаторы: просто вырезают его болгаркой. Источник: Константин Гахов / «Вконтакте»

Катализатор также могут вырезать в недобросовестном автосервисе. Владельцу предлагают «прочистить» выхлопную систему или удалить исправный катализатор, чтобы в будущем он не доставил проблем. Работники таких автосервисов еще рассказывают о преимуществах удаления катализатора: обещают, что мощность двигателя возрастает, а расход топлива снизится — ЭБУ шьют под Евро-2. Если оценить реальное увеличение мощности на специальном оборудовании, прирост будет незначительным — всего 3% от первоначальных показателей.

Обычно за удаление катализатора, установку пламегасителя, обманки или перепрошивки электронного блока управления автосервисы не берут никакой оплаты, а просто оставляют отработавший катализатор себе.

Но немало и тех, кто просто забирает молча, без всяких скидок и выплат, как лом черного металла. А потом сдают его, ведь оригинальный катализатор содержит драгоценные металлы, которые стоят дороже золота.

В среднем драгметаллы — это 0,08—0,17% от общей массы катализатора. Со временем он вырабатывает свой ресурс и драгметаллов становится меньше. Точное количество платины, палладия и родия в конкретном катализаторе определяют анализатором драгоценных металлов.

/poluchilos-dorozhe/

Как я ремонтировала автомобиль по европротоколу

Если просят заплатить за удаление катализатора, установку пламегасителя, то катализатор рекомендую оставить себе. Ценность представляет не только целый катализатор, но и разрушенный, его лом, крошка и даже пыль. За изношенный катализатор современного автомобиля стандарта Евро-5 можно получить от 5000 Р. Чем мощнее двигатель авто, чем больше он расходует топлива, тем лучше, а значит, дороже его катализатор.

Цена платины, палладия и родия за грамм в рублях. Эти металлы, скорее всего, есть в оригинальном катализаторе автомобиля с бензиновым двигателем

Из-за чего катализатор выходит из строя

Износ напыления из драгоценных металлов. Драгоценные металлы на стенках ячеек катализатора выгорают — это естественный процесс. Поэтому при приеме катализатора на переработку проводят его химический анализ. Может оказаться так, что в катализаторе совсем не осталось драгметаллов. Когда это происходит, выхлопные газы перестают очищаться, кислородные датчики это фиксируют, и на панели приборов возникает ошибка.

Некачественное топливо. Иногда, чтобы увеличить октановое число топлива, недобросовестные владельцы заправок добавляют в него присадки, которые содержат свинец. Это увеличивает нагрузку на катализатор, соты забиваются продуктами горения топлива, и он раньше выходит из строя. Для дизельных двигателей повышенный износ сажевого фильтра происходит зимой, когда в топливо добавляют антигель.

Неисправности зажигания. Если свечи дают искру с перебоями, то несгоревшие остатки топливно-воздушной смеси сгорают в катализаторе, что уменьшает срок его службы. Соты катализатора при этом оплавляются, и его пропускная способность уменьшается.

/guide/spark-plugs/

Свечи зажигания: зачем нужны, как правильно подбирать и когда менять

Неисправности двигателя. Если в цилиндрах двигателя есть царапины или задиры, то смесь, которая получается при работе двигателя внутреннего сгорания, перестает быть двухкомпонентной — то есть теперь состоит не только из воздуха и топлива. В ней есть еще и моторное масло. Это неизбежно засоряет катализатор, и он вскоре выходит из строя. Часто в проблемах с двигателем обвиняют разрушившийся катализатор. Но в этом случае скорее двигатель провоцирует проблемы с катализатором.

Неисправный катализатор может оплавиться, разрушиться, у него могут забиться соты. Источник: LuYago / Shutterstock

Как обнаружить проблему

Катализатор редко разрушается внезапно, в один момент. Обычно этому предшествуют типичные симптомы работы двигателя, выхлопной системы и посторонние звуки. Если внимательно анализировать все изменения, можно вовремя вмешаться и исправить ситуацию.

Лампочка «чек энджин» на панели приборов загорается по разным причинам. Если считать код специальным сканером, то он покажет, где конкретно возникла проблема. Ошибка воздушных датчиков катализатора говорит о том, что с катализатором что-то не так.

Снижение мощности двигателя. По ощущениям за рулем это похоже на прицеп или машину на буксире. Автомобиль трогается с места, ускоряется, но ему как будто что-то мешает — ускорение недостаточно энергичное. Иногда двигатель машины при этом вибрирует, а сама машина дергается.

Посторонние звуки под днищем. Если катализатор уже начал разрушаться, то его частички при высоких оборотах двигателя или при запуске бьются о корпус выхлопной системы. При этом водитель слышит посторонние звуки под днищем автомобиля. Они похожи на звенящий звук в пустой металлической банке.

Нестабильный напор газов из глушителя. Для такой проверки нужно поднести руку к выхлопной трубе и почувствовать такт выхода газов. При нормальной работе газы выходят через равные промежутки времени, похожие на биение сердца. Если поток газов ровный и слабый, значит, катализатор, скорее всего, неисправен.

/tolsto/

Как проверить кузов машины толщиномером

Запах выхлопных газов. Если катализатор не очищает выхлопные газы от токсичных выбросов, то это можно почувствовать без специальных замеров уровня углекислого газа. Рядом с машиной, особенно в момент ее прогрева, будет неприятно пахнуть продуктами сгорания топливно-воздушной смеси. Иногда запах проникает в салон автомобиля, когда двигатель работает на холостых оборотах.

Задиры на цилиндрах. Если катализатор уже начал разрушаться и его частицы попали в камеру сгорания топливно-воздушной смеси, то на цилиндрах образуются задиры и царапины. Проверку их состояния можно провести в автосервисе специальным устройством — эндоскопом. Если с цилиндрами все в порядке и нет других признаков, то удалять катализатор не нужно.

Проверка эндоскопом. Можно запустить эндоскоп через отверстие для первого лямбда-зонда. Керамические соты должны быть правильной формы, без вмятин, не оплавлены, не разрушены и не забиты. Мы уже разобрались, что второй кислородный датчик стоит после катализатора, а значит, смотреть там не на что: велика вероятность, что на выходе соты будут в полном порядке.

Диагностика датчиков. С помощью автосканера, например ELM 327, можно подключиться к электронному блоку управления автомобилем. В приложениях для смартфона нужно выбрать показания кислородных датчиков катализатора и сравнить их фактические значения с эталонными.

Проверять датчики нужно на прогретом, работающем на холостых оборотах двигателе. Отклонения от нормы будут означать, что катализатор неисправен. Хотя бывает и так, что дело во втором кислородном датчике — они со временем прогорают и перестают работать, так что нелишним будет совместить этот способ с проверкой эндоскопом.

Проверка катализатора эндоскопом показывает, что разрушений сот нет Скриншот приложения для сканера ELM 327. Проверил кислородные датчики своей машины — Хендай Креты. Как читать эти графики — узнал из ролика на «Ютубе». Верхний график отражает показания кислородного датчика до катализатора, а нижний — после него

Запомнить

1. Катализатор — это важная деталь выхлопной системы, которая очищает отработавшие газы от вредных выбросов.
2. При неисправном катализаторе двигатель теряет мощность, в выхлопной системе появляются посторонние звуки, а отработавшие газы неприятно пахнут.
3. Катализатор выходит из строя раньше срока из-за некачественного топлива, неисправностей зажигания и двигателя.
4. Обнаружить проблему поможет диагностика ЭБУ автосканером или визуальная проверка цилиндров и катализатора эндоскопом.
5. Оригинальный катализатор содержит драгоценные металлы, поэтому он такой дорогой.
6. Если нужно заменить отработавший оригинальный катализатор, есть смысл поставить универсальный.
7. Установка пламегасителей, обманок и перепрошивка ЭБУ может привести к проблемам с двигателем.
8. Не стоит удалять катализатор без необходимости на гарантийных автомобилях.
9. За работу по удалению катализатора можно расплатиться старым катализатором. Платить за работу и оставлять катализатор в сервисе как лом — все равно что дарить деньги.
10. Недобросовестные автосервисы предлагают удалить катализатор, чтобы сдать его и заработать.

Объяснитель: Что такое катализатор?

Катализаторы — невоспетые герои химических реакций, которые заставляют человеческое общество двигаться. Катализатор – это некий материал, который ускоряет химические реакции. С помощью катализатора молекулы, на взаимодействие которых могли уйти годы, теперь могут сделать это за секунды.

Заводы полагаются на катализаторы, чтобы производить все, от пластика до лекарств. Катализаторы помогают перерабатывать нефть и уголь в жидкое топливо. Они являются ключевыми игроками в технологиях экологически чистой энергии. Природные катализаторы в организме, известные как ферменты, играют важную роль в пищеварении и многом другом.

Во время любой химической реакции молекулы разрывают химические связи между своими атомами. Атомы также образуют новые связи с другими атомами. Это как поменяться партнерами на кадриль. Иногда такое партнерство легко разорвать. Молекула может обладать определенными свойствами, которые позволяют ей переманивать атомы из другой молекулы. Но в стабильных партнерских отношениях молекулы довольны такими, какие они есть. Оставшись вместе в течение очень длительного периода времени, некоторые из них могут в конечном итоге поменяться партнерами. Но нет массового безумия разрыва и восстановления связей.

Катализаторы делают такое разрушение и восстановление более эффективным. Они делают это, снижая энергию активации для химической реакции. Энергия активации – это количество энергии, необходимое для протекания химической реакции. Катализатор просто меняет путь к новому химическому партнерству. Он строит эквивалент шоссе с твердым покрытием, чтобы объехать ухабистую грунтовую дорогу. Однако катализатор не расходуется в реакции. Подобно ведомому, он побуждает другие молекулы к реакции. Как только они это сделают, он кланяется.

Ферменты — это естественные биологические катализаторы. Они играют роль во всем, от копирования генетического материала до расщепления пищи и питательных веществ. Производители часто создают катализаторы для ускорения процессов в промышленности.

Одной из технологий, для работы которой требуется катализатор, является водородный топливный элемент. В этих устройствах газообразный водород (H ₂ ) реагирует с газообразным кислородом (O ₂ ) с образованием воды (H ₂ O) и электричества. Эти системы можно найти в водородном транспортном средстве, где они вырабатывают электричество для питания двигателя. Топливный элемент должен разделить атомы в молекулах водорода и кислорода, чтобы эти атомы могли перетасовываться для создания новых молекул (воды). Однако без посторонней помощи эта перетасовка происходила бы очень медленно. Таким образом, топливный элемент использует катализатор — платину — для запуска этих реакций.

В современных автомобилях используется каталитический нейтрализатор, подобный показанному здесь в разрезе. Такие устройства помогают расщеплять выхлопные газы на химические вещества (например, воду), менее токсичные для окружающей среды. Поверхность платины притягивает молекулы газа. По сути, он притягивает их ближе друг к другу, так что поощряет — ускоряет — их реакцию. Затем он позволяет своим творениям свободно плавать.

В течение многих лет другие технологии также полагались на платиновые катализаторы. Например, для удаления вредных загрязняющих веществ из выхлопных газов автомобили теперь используют каталитические нейтрализаторы .

Но у платины есть и недостатки. Это дорого, например. (Людям нравится использовать его в модных украшениях.) И его нелегко получить.

Некоторые другие катализаторы получили статус суперзвезд. К ним относятся металлы с химическими свойствами, подобными платине. Среди них палладий и иридий. Однако, как и платина, оба они дороги и труднодоступны. Вот почему ведется поиск менее дорогих катализаторов для использования в топливных элементах.

Некоторые ученые считают, что молекулы углерода могут работать. Они, безусловно, были бы менее дорогостоящими и легко доступными. Другим вариантом может быть использование ферментов, подобных тем, которые находятся внутри живых существ.

Силовые слова

Подробнее о сильных словах

энергия активации      (в химии) Минимальная энергия, необходимая для протекания конкретной химической реакции.

 

атом      Основная единица химического элемента. Атомы состоят из плотного ядра, содержащего положительно заряженные протоны и нейтрально заряженные нейтроны. Вокруг ядра вращается облако отрицательно заряженных электронов.

 

связь      (в химии) Полупостоянное соединение между атомами или группами атомов в молекуле. Он формируется силой притяжения между участвующими атомами. После соединения атомы будут работать как единое целое. Чтобы разделить атомы компонентов, к молекуле должна быть подведена энергия в виде тепла или другого вида излучения.

 

углерод      Химический элемент с атомным номером 6. Является физической основой всей жизни на Земле. Углерод существует свободно в виде графита и алмаза. Он является важной частью угля, известняка и нефти и способен к самосвязыванию химическим путем с образованием огромного количества химически, биологически и коммерчески важных молекул.

 

катализатор     Вещество, ускоряющее протекание химической реакции. Примеры включают ферменты и элементы, такие как платина и иридий.

 

каталитический нейтрализатор     Устройство из керамических конструкций в форме сот, которое надевается на выхлопную трубу автомобиля. Когда выхлопные газы проходят через него, они сталкиваются с двумя разными типами катализаторов, каждый из которых может способствовать разным типам химической реакции. Один или несколько металлов, обычно платина, родий, палладий, а иногда даже золото, покрывают внутреннюю часть системы. Все стенки сотовой структуры устройства значительно увеличивают площадь покрытых катализатором поверхностей, которые теперь доступны для взаимодействия с выхлопными газами. Когда газы двигателя попадают на эти покрытые металлом поверхности, они разрушают загрязняющие вещества, превращая их в менее вредные материалы. Датчик в нейтрализаторе также измеряет количество кислорода в выхлопных газах. Если он находит слишком много, он сообщает компьютеру отрегулировать соотношение воздуха и топлива в двигателе, чтобы он сгорал более чисто.

 

химический      Вещество, состоящее из двух или более атомов, которые объединяются (связываются вместе) в фиксированной пропорции и структуре. Например, вода — это химическое вещество, состоящее из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода. Его химический символ — H ₂ O. Химический также может быть прилагательным, описывающим свойства материалов, которые являются результатом различных реакций между различными соединениями.

 

химические связи      Силы притяжения между атомами, достаточно сильные для того, чтобы связанные элементы функционировали как единое целое. Некоторые из сил притяжения слабы, некоторые очень сильны. Все связи, по-видимому, связывают атомы посредством совместного использования — или попытки поделиться — электронами.

 

химическая реакция      Процесс, включающий перестройку молекул или структуры вещества в отличие от изменения физической формы (например, из твердого состояния в газообразное).

 

электричество      Поток заряда, обычно возникающий в результате движения отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.

 

двигатель      Машина, предназначенная для преобразования энергии в полезное механическое движение. Иногда двигатель называют мотором.

 

ферменты      Молекулы, созданные живыми существами для ускорения химических реакций.

 

выхлоп      (в машиностроении) Газы и мелкие частицы, выбрасываемые — часто с высокой скоростью и/или давлением — при сгорании (горении) или нагревании воздуха. Выхлопные газы обычно представляют собой отходы.

 

топливный элемент      Устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую. Наиболее распространенным топливом является водород, который выделяет в качестве побочного продукта только водяной пар.

 

генетический      Относится к хромосомам, ДНК и генам, содержащимся в ДНК. Область науки, занимающаяся этими биологическими инструкциями, известна как генетика. Люди, которые работают в этой области, являются генетиками.

 

водород      Самый легкий элемент во Вселенной. В виде газа он бесцветен, не имеет запаха и легко воспламеняется. Это неотъемлемая часть многих видов топлива, жиров и химических веществ, из которых состоят живые ткани.

 

иридий      Обнаруженный в 1803 году, его название происходит от латинского слова «радуга». Это твердый, хрупкий и устойчивый к коррозии металл из семейства платиновых. Слегка желтоватый, этот элемент в основном используется в качестве отвердителя для платины. Действительно, его температура плавления превышает 2400° по Цельсию (4350° по Фаренгейту). Атомный номер элемента — 77.

 

производство      Изготовление вещей, обычно в больших масштабах.

 

металл      Что-то, что хорошо проводит электричество, имеет тенденцию быть блестящим (отражающим) и податливым (это означает, что ему можно придать форму с помощью тепла, а не слишком большого усилия или давления).

 

молекула      Электрически нейтральная группа атомов, представляющая минимально возможное количество химического соединения. Молекулы могут состоять из атомов одного или разных типов. Например, кислород в воздухе состоит из двух атомов кислорода (O ₂ ), но вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (H ₂ O).

 

питательное вещество      Витамины, минералы, жиры, углеводы или белки, которые необходимы растению, животному или другому организму в составе пищи для выживания.

 

кислород      Газ, составляющий около 21 процента атмосферы. Все животные и многие микроорганизмы нуждаются в кислороде для подпитки своего метаболизма.

 

палладий      Мягкий, пластичный, стальной белый, устойчивый к потускнению металлический элемент, встречающийся в природе с платиной, особенно в золотых, никелевых и медных рудах.

 

нефть      Густая горючая жидкая смесь углеводородов. Нефть — это ископаемое топливо, которое в основном находится под поверхностью Земли. Это источник химических веществ, используемых для производства бензина, смазочных масел, пластмасс и многих других продуктов.

 

пластик      Любой из серии легко деформируемых материалов; или синтетические материалы, изготовленные из полимеров (длинных цепочек молекул из строительных блоков), которые имеют тенденцию быть легкими, недорогими и устойчивыми к деградации.

 

платина      Природный серебристо-белый металлический элемент, который остается стабильным (не подвергается коррозии) на воздухе. Он используется в ювелирных изделиях, электронике, химической обработке и некоторых зубных коронках.

 

загрязнитель      Вещество, которое загрязняет что-либо, например воздух, воду, наши тела или продукты. Некоторые загрязняющие вещества представляют собой химические вещества, такие как пестициды. Другие могут быть излучением, включая избыточное тепло или свет. Даже сорняки и другие инвазивные виды можно считать одним из видов биологического загрязнения.

14.7: Катализ — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

25181

 Цели обучения

• Понять, как катализаторы увеличивают скорость реакции и селективность химических реакций.

Катализаторы – это вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, не расходуясь в процессе. Катализатор, таким образом, не входит в общую стехиометрию реакции, которую он катализирует, но он должен присутствовать хотя бы в одной из элементарных реакций механизма катализируемой реакции. Катализированный путь имеет более низкую E _a , но чистое изменение энергии в результате реакции (разница между энергией реагентов и энергией продуктов) не зависит от присутствия катализатора ( Рисунок \(\PageIndex{1}\)). Тем не менее, из-за его более низкой E _a скорость катализируемой реакции выше, чем скорость некаталитической реакции при той же температуре. Поскольку катализатор снижает высоту энергетического барьера, его присутствие увеличивает скорость как прямой, так и обратной реакции на одинаковую величину. В этом разделе мы рассмотрим три основных класса катализаторов: гетерогенные катализаторы, гомогенные катализаторы и ферменты.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Снижение энергии активации реакции катализатором. На этом графике сравниваются диаграммы потенциальной энергии для одностадийной реакции в присутствии и в отсутствие катализатора. Единственный эффект катализатора заключается в снижении энергии активации реакции. Катализатор не влияет на энергию реагентов или продуктов (и, следовательно, не влияет на ΔE). (CC BY-NC-SA; анонимно) Зеленая линия представляет некатализируемую реакцию. Фиолетовая линия представляет катализируемую реакцию.

Катализатор влияет на E _a , а не на Δ E .

Гетерогенный катализ

В гетерогенном катализе катализатор находится в другой фазе, чем реагенты. По крайней мере, один из реагентов взаимодействует с твердой поверхностью в физическом процессе, называемом адсорбцией, таким образом, что химическая связь в реагенте становится слабой, а затем разрывается. Яды — это вещества, которые необратимо связываются с катализаторами, препятствуя адсорбции реагентов и, таким образом, снижая или разрушая эффективность катализатора.

Примером гетерогенного катализа является взаимодействие газообразного водорода с поверхностью металла, такого как Ni, Pd или Pt. Как показано в части (а) на рисунке \(\PageIndex{2}\), связи водород-водород разрываются и образуются отдельные адсорбированные атомы водорода на поверхности металла. Поскольку адсорбированные атомы могут перемещаться по поверхности, два атома водорода могут столкнуться и образовать молекулу газообразного водорода, которая затем может покинуть поверхность в обратном процессе, называемом десорбцией. Адсорбированные атомы H на поверхности металла значительно более реакционноспособны, чем молекула водорода. Поскольку относительно прочная связь H–H (энергия диссоциации = 432 кДж/моль) уже разорвана, энергетический барьер для большинства реакций H ₂ находится значительно ниже на поверхности катализатора.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Гидрирование этилена на гетерогенном катализаторе. Когда молекула водорода адсорбируется на поверхности катализатора, связь Н–Н разрывается и образуются новые связи М–Н. Отдельные атомы H более реакционноспособны, чем газообразные H ₂ . Когда молекула этилена взаимодействует с поверхностью катализатора, она взаимодействует с атомами водорода в ступенчатом процессе с образованием этана, который высвобождается. (CC BY-NC-SA; анонимно)

На рисунке \(\PageIndex{2}\) показан процесс, называемый гидрированием , в котором атомы водорода добавляются к двойной связи алкена, такого как этилен, с получением продукта, содержащего одинарные связи C–C, в в данном случае этан. Гидрогенизация используется в пищевой промышленности для превращения растительных масел, состоящих из длинных цепей алкенов, в более коммерчески ценные твердые производные, содержащие алкильные цепи. Гидрогенизация некоторых двойных связей в полиненасыщенных растительных маслах, например, дает маргарин, продукт с температурой плавления, текстурой и другими физическими свойствами, подобными свойствам сливочного масла.

Несколько важных примеров промышленных гетерогенных каталитических реакций приведены в таблице \(\PageIndex{1}\). Хотя механизмы этих реакций значительно сложнее, чем описанная здесь простая реакция гидрирования, все они включают адсорбцию реагентов на твердой каталитической поверхности, химическую реакцию адсорбированных частиц (иногда через ряд промежуточных частиц) и, наконец, десорбцию. продуктов с поверхности.

Таблица \(\PageIndex{1}\): некоторые коммерчески важные реакции с использованием гетерогенных катализаторов

Коммерческий процесс	Катализатор	Начальная реакция	Конечный коммерческий продукт
контактный процесс	В 2 О 5 или Pt	2SO 2 + O 2 → 2SO 3	Н 2 SO 4
Процесс Габера	Fe, K 2 O, Al 2 O 3	N 2 + 3H 2 → 2NH 3	НХ 3
Процесс Оствальда	Pt и Rh	4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O	HNO 3
реакция конверсии вода-газ	Fe, Cr 2 O 3 или Cu	CO + H 2 O → CO 2 + H 2	H 2 для NH 3 , CH 3 OH и других видов топлива
паровой риформинг	Ni	CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2	Ч 2
синтез метанола	ZnO и Cr 2 O 3	CO + 2H 2 → CH 3 OH	CH 3 ОН
Процесс Сохио	фосфомолибдат висмута	\(\ mathrm{CH}_2\textrm{=CHCH}_3+\mathrm{NH_3}+\mathrm{\frac{3}{2}O_2}\стрелка вправо\mathrm{CH_2}\textrm{=CHCN}+\ матрм{3H_2O}\)	\(\underset{\textrm{акрилонитрил}}{\mathrm{CH_2}\textrm{=CHCN}}\)
каталитическое гидрирование	Ni, Pd или Pt	RCH=CHR’ + h3 → RCH 2 -CH 2 R’	частично гидрогенизированные масла для маргарина и т. д.

Гомогенный катализ

В гомогенном катализе катализатор находится в той же фазе, что и реагент(ы). Количество столкновений между реагентами и катализатором максимально, потому что катализатор равномерно распределен по всей реакционной смеси. Многие гомогенные катализаторы в промышленности представляют собой соединения переходных металлов (таблица \(\PageIndex{2}\)), но извлечение этих дорогостоящих катализаторов из раствора представляет собой серьезную проблему. В качестве дополнительного препятствия для их широкого коммерческого использования многие гомогенные катализаторы можно использовать только при относительно низких температурах, и даже в этом случае они имеют тенденцию к медленному разложению в растворе. Несмотря на эти проблемы, в последние годы был разработан ряд коммерчески жизнеспособных процессов. Полиэтилен высокой плотности и полипропилен получают методом гомогенного катализа.

Таблица \(\PageIndex{2}\): некоторые коммерчески важные реакции с использованием гомогенных катализаторов

Коммерческий процесс	Катализатор	Реагенты	Конечный продукт
Юнион Карбайд	[Rh(CO) 2 I 2 ] −	CO + CH 3 OH	CH 3 CO 2 H
гидропероксидный процесс	Комплексы Mo(VI)	CH 3 CH=CH 2 + R–O–O–H
гидроформилирование	Rh/PR 3 комплексы	RCH=CH 2 + CO + H 2	РЧ 2 CH 2 CH
адипонитриловый процесс	Ni/PR 3 комплексы	2HCN + CH 2 =CHCH=CH 2	NCCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CN используется для синтеза нейлона
полимеризация олефинов	(RC 5 H 5 ) 2 ZrCl 2	CH 2 = CH 2	–(CH 2 CH 2 –) n : полиэтилен высокой плотности

Ферменты

Ферменты, катализаторы, встречающиеся в естественных условиях в живых организмах, представляют собой почти все белковые молекулы с типичной молекулярной массой 20 000–100 000 а. е.м. Некоторые из них представляют собой гомогенные катализаторы, которые реагируют в водном растворе внутри клеточного компартмента организма. Другие представляют собой гетерогенные катализаторы, встроенные в мембраны, которые отделяют клетки и клеточные компартменты от их окружения. Реагент в реакции, катализируемой ферментом, называется подложка .

Поскольку ферменты могут многократно увеличивать скорость реакции (до 10 ¹⁷ раз по сравнению с некатализируемой скоростью) и имеют тенденцию быть очень специфичными, обычно производя только один продукт с количественным выходом, они находятся в центре активных исследований. В то же время получение ферментов обычно дорого, они часто перестают функционировать при температурах выше 37 °С, имеют ограниченную стабильность в растворе и настолько высокую специфичность, что ограничиваются превращением одного конкретного набора реагентов в один конкретный продукт. . Это означает, что для химически сходных реакций должны быть разработаны отдельные процессы с использованием разных ферментов, что требует много времени и средств. До настоящего времени ферменты нашли лишь ограниченное промышленное применение, хотя они используются в качестве ингредиентов в моющих средствах для стирки, чистящих средствах для контактных линз и размягчителях мяса. Ферменты в этих приложениях, как правило, представляют собой протеазы, которые способны расщеплять амидные связи, удерживающие вместе аминокислоты в белках. Размягчители мяса, например, содержат протеазу, называемую папаином, которую выделяют из сока папайи. Он расщепляет некоторые из длинных волокнистых белковых молекул, которые делают недорогие куски говядины жесткими, в результате чего получается более нежный кусок мяса. Некоторые насекомые, такие как жук-бомбардировщик, содержат фермент, способный катализировать разложение перекиси водорода до воды (рис. \(\PageIndex{3}\)).

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Каталитический защитный механизм. Обжигающие зловонные брызги, испускаемые этим жуком-бомбардиром, образуются в результате каталитического разложения \(\ce{h3O2}\).

Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментом, путем связывания с определенной частью фермента и, таким образом, замедления или предотвращения реакции. Таким образом, необратимые ингибиторы являются эквивалентом ядов в гетерогенном катализе. Одним из старейших и наиболее широко используемых коммерческих ингибиторов ферментов является аспирин, который избирательно ингибирует один из ферментов, участвующих в синтезе молекул, вызывающих воспаление. Дизайн и синтез родственных молекул, которые являются более эффективными, селективными и менее токсичными, чем аспирин, являются важными задачами биомедицинских исследований.

Резюме

Катализаторы участвуют в химической реакции и увеличивают ее скорость. Они не входят в итоговое уравнение реакции и не расходуются в ходе реакции. Катализаторы позволяют реакции протекать по пути, который имеет более низкую энергию активации, чем некатализируемая реакция. В гетерогенном катализе катализаторы обеспечивают поверхность, с которой реагенты связываются в процессе адсорбции. В гомогенном катализе катализаторы находятся в одной фазе с реагентами. Ферменты — это биологические катализаторы, которые вызывают значительное увеличение скорости реакции и, как правило, специфичны для определенных реагентов и продуктов. Реагент в реакции, катализируемой ферментом, называется субстратом. Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментом.

---

14.7: Catalysis распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 3.0, автором, ремиксом и/или куратором является LibreTexts.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или страница

   Лицензия

   СС BY-NC-SA

   Версия лицензии

   3,0

   Показать страницу TOC

   нет на странице

2. Метки

   1. фермент
   2. гетерогенный катализ
   3. Гомогенный катализ
   4. подложка

Катализатор Определение и значение — Merriam-Webster

кот ·​a·​лист ˈka-tə-ləst 

1

: вещество, которое позволяет химической реакции протекать обычно с большей скоростью или в других условиях (например, при более низкой температуре), чем это возможно в противном случае

Этот водный путь стал катализатором индустриализации района.

Он был катализатором восстания туземцев.

Знаете ли вы?

Catalyst — довольно недавнее дополнение к английскому языку, впервые появившееся в начале ^-го -го века 20-го века со своим химическим значением. Он был образован от слова катализ , другого химического термина, который относится к модификации и особенно к увеличению скорости химической реакции, вызванной химически неизмененным материалом в конце реакции. К 1940-м годам переносное значение катализатора использовалось для обозначения кого-то или чего-то, что быстро вызывает изменение или действие.

Примеры предложений

Бомбардировка стала катализатором войны. Она гордилась тем, что стала катализатором реформ в правительстве.

Недавние примеры в Интернете И оба понимают, что 9Катализатор 0009 для этого будет ИИ. — Бернард Марр, Forbes , 20 февраля 2023 г. Катализатор для моей первоначальной колонки заключался в том, сможет ли человек, родившийся и выросший в роскоши, например король Чарльз, познать истинное счастье. — Джон Келли, Washington Post , 13 февраля 2023 г. Маск может попытаться переименовать Tesla в искусственный интеллект. компания с ее программным обеспечением для полного самостоятельного вождения (FSD) в качестве стержня ее усилий, но ключ 9Катализатор 0009 на складе всегда был простым ванильным автомобилем. — Байкристиан Хетцнер, Fortune , 27 января 2023 г. Но самым большим катализатором стало жестокое воздействие пандемии на больницы. — Хелен Оуян, New York Times , 26 января 2023 г. Настоящий катализатор был игрой Брейдена Холта с тех пор, как он был приобретен у Эверетта Сильвертипса. — Дилан Бамбаргер, 9 лет.0009 oregonlive , 20 января 2023 г. Несколько участников рынка заявили, что одним из катализаторов стало недавнее одобрение регулирующими органами привлечения капитала в размере 1,5 млрд долларов подразделением потребительского кредитования Ant Group, дочерней компании Alibaba. — Вейлун Сун, WSJ , 4 января 2023 г. Катализатором для этого разговора является зажигательная Саломея, которую играет Клэр Фой из «Короны», которая преследует человека, ответственного за изнасилование ее четырехлетней дочери косой. — Челси Санчес, 9 лет.0009 Harper’s BAZAAR , 23 декабря 2022 г. Катализатором стала гибель по меньшей мере 10 человек в результате пожара в многоквартирном доме в городе Урумчи на западе Китая, в котором наблюдатели обвиняют драконовские меры борьбы с пандемией, удерживающие жителей запертыми в своих домах. — Время , 21 декабря 2022 г. Узнать больше

Эти примеры предложений автоматически выбираются из различных онлайн-источников новостей, чтобы отразить текущее использование слова «катализатор». Мнения, выраженные в примерах, не отражают точку зрения Merriam-Webster или ее редакторов. Отправьте нам отзыв.

История слов

Этимология

см. катализ

Первое известное использование

1902, в значении, определенном в смысле 1

Путешественник во времени

Первое известное использование катализатора было в 1902 году

Посмотреть другие слова того же года

Словарные статьи Рядом с

катализатор

катализ

катализатор

катализатор

Посмотреть другие записи поблизости

Процитировать эту запись «Катализатор».

Словарь Merriam-Webster.com , Merriam-Webster, https://www. merriam-webster.com/dictionary/catalyst. По состоянию на 4 марта 2023 г.

Скопировать цитату

Детское определение

Катализатор

существительное

кот ·​a·​лист ˈkat-ᵊl-əst 

1

: вещество, которое изменяет скорость химической реакции, но само не изменяется в конце процесса

специально : такое вещество, которое ускоряет реакцию или позволяет ей протекать в более мягких условиях

2

: человек или событие, которое быстро вызывает изменение или действие

скандал был катализатором реформы

Medical Definition

катализатором

существительное

кот ·​a·​лист ˈkat-ᵊl-əst 

: вещество (в виде фермента), которое позволяет химической реакции протекать обычно с большей скоростью или в других условиях (например, при более низкой температуре), чем это возможно в противном случае

Подробнее от Merriam-Webster на

Catalyst

Тезаурус: все синонимы и антонимы для Catalyst

Nglish: Перевод Катализатор для испанских динамиков

Britannica Alling: Translation Cataley Catalys 102020202020202 годы. Britannica.com: статья в энциклопедии о катализаторе

Последнее обновление: 2 марта 2023 г. — Обновлены примеры предложений

Подпишитесь на крупнейший словарь Америки и получите тысячи дополнительных определений и расширенный поиск без рекламы!

Merriam-Webster без сокращений

ближайший

См. Определения и примеры »

Получайте ежедневно по электронной почте Слово дня!

---

Как ты меня только что назвал?

• Перед тем, как мы пошли к ней домой, Ханна сказала нам, что ее тетя флиббертигиббет .

• Оскорбление Бесплатный

Проверьте свои знания и, возможно, узнаете что-нибудь по пути.

ПРОЙДИТЕ ТЕСТ

Сможете ли вы составить 12 слов из 7 букв?

ИГРАТЬ

Значение, определение, типы катализаторов, история, катализ

Катализатор — это обычное слово, с которым вы можете столкнуться при изучении химии, особенно при изучении химических реакций. В то время как некоторые химические реакции происходят быстро, некоторые занимают много времени и требуют дополнительных материалов или усилий. Вот тут-то и появляется катализатор. Что означает катализатор? Узнаем на этом уроке.

Содержание

• Типы катализаторов
• Катализ
• Гетерогенный катализ
• Гомогенный катализ
• Автокатализ
• Часто задаваемые вопросы

Что такое катализатор в химии?

В химии катализаторы определяются как те вещества, которые изменяют скорость реакции, изменяя путь реакции. В большинстве случаев катализатор используется для ускорения или увеличения скорости реакции. Однако, если мы пойдем на более глубокий уровень, катализаторы используются для разрыва или восстановления химических связей между атомами, присутствующими в молекулах различных элементов или соединений. По сути, катализаторы побуждают молекулы реагировать и делают весь процесс реакции более легким и эффективным.

Некоторые из важных характерных особенностей катализаторов:

• Катализатор не инициирует химическую реакцию.
• Катализатор в реакции не расходуется.
• Катализаторы склонны реагировать с реагентами с образованием промежуточных продуктов и в то же время облегчают получение конечного продукта реакции. После всего процесса катализатор может регенерироваться.

Катализатор может быть твердым, жидким или газообразным. Некоторые твердые катализаторы включают металлы или их оксиды, включая сульфиды и галогениды. Полуметаллические элементы, такие как бор, алюминий и кремний, также используются в качестве катализаторов. Точно так же в качестве катализаторов используются жидкие и газообразные элементы в чистом виде. Иногда эти элементы также используются вместе с подходящими растворителями или носителями.

Реакция, в которой участвует катализатор в их системе, известна как каталитическая реакция. Другими словами, каталитическое действие – это химическая реакция между катализатором и реагентом. Это приводит к образованию промежуточных химических соединений, которые в дальнейшем могут довольно легко реагировать друг с другом или с другим реагентом с образованием продукта. Однако, когда происходит или имеет место реакция между химическими промежуточными продуктами и реагентами, катализатор регенерируется.

Режимы реакции между катализаторами и реагентами обычно сильно различаются, а в случае твердых катализаторов они более сложны. Реакции могут быть кислотно-щелочными реакциями, окислительно-восстановительными реакциями, образованием координационных комплексов, а также образованием свободных радикалов. Для твердых катализаторов механизм реакции в значительной степени зависит от свойств поверхности и электронной или кристаллической структуры. Некоторые типы твердых катализаторов, такие как полифункциональные катализаторы, могут иметь несколько режимов реакции с реагентами.

Читайте также: Химическая кинетика

Краткая история

Если мы посмотрим на общее значение слова «катализатор», то это все, что увеличивает скорость процесса. Катализатор — это термин, происходящий от греческого καταλύειν, что означает «аннулировать», «объединять» или «подбирать». Между тем, концепция катализа была впервые исследована химиком Элизабет Фулхэм и описана в ее книге в 1794 году. Содержание этой книги было основано на ее работе по окислительно-восстановительным экспериментам.

Первая химическая реакция в органической химии, в которой использовался катализатор, была изучена в 1811 году Готлибом Кирхгофом, русским химиком немецкого происхождения. Позднее термин «катализ» был использован шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом в 1835 году для описания реакций, которые ускоряются определенными веществами. Далее вещества оставались неизменными после реакции.

Типы катализаторов с примерами

Существует несколько типов катализаторов, которые можно использовать в зависимости от потребности или требований химической реакции. Они следующие;

Положительные катализаторы

Катализаторы, увеличивающие скорость химической реакции, являются положительными катализаторами. Это увеличивает скорость реакции за счет снижения барьеров энергии активации, так что большое количество молекул реакции превращается в продукты, тем самым увеличивается процент выхода продуктов.

Пример положительного катализатора: при получении NH ₃ по способу Габера оксид железа действует как положительный катализатор и увеличивает выход аммиака, несмотря на меньшую реакцию азота.

Отрицательные катализаторы

Катализаторы, снижающие скорость реакции и отрицательный катализатор. Это снижает скорость реакции за счет увеличения энергетического барьера активации, который уменьшает количество молекул реагентов, превращающихся в продукты, и, следовательно, скорость реакции уменьшается.

Пример отрицательного катализатора: разложение перекиси водорода на воду и кислород замедляется с помощью ацетанилида, который действует как отрицательный катализатор для снижения скорости разложения перекиси водорода.

Промотор или ускорители

Вещество, повышающее активность катализатора, известно как промотор или ускоритель.

Пример: в процессе Габера молибден или смесь оксидов калия и алюминия действуют как промоторы.

Каталитические яды или ингибиторы

Вещества, снижающие активность катализатора, известны как каталитические яды или ингибиторы.

Пример: При гидрировании алкина в алкен палладий катализатора отравляют сульфатом бария в растворе хинолона, и реакция останавливается на уровне алкена. Катализатор известен как катализатор Линдлера.

Единицы

Производной единицей СИ для измерения каталитической активности катализатора является «каталь». Далее он измеряется в молях в секунду. Если бы нам нужно было описать производительность катализатора, ее можно было бы определить числом оборотов (или TON). Каталитическую активность можно описать частотой оборотов (TOF), которая составляет TON в единицу времени. Точно так же ферментная единица является ее биохимическим эквивалентом.

Читайте также: Ферментный катализатор

Катализ

Когда катализатор используется для увеличения скорости химической реакции, это явление известно как катализ.

Какие бывают виды катализа?

В зависимости от природы и физического состояния вещества, используемого в химической реакции, катализ бывает трех типов;

• Гомогенный катализ
• Гетерогенный катализ
• Автокатализ

Гетерогенный катализ

В этом типе катализа реагирующие вещества в реакции и катализатор, используемый в этой реакции, находятся в разных агрегатных состояниях.

Примеры 1: Получение аммиака по способу Габера.

Чистые и сухие газы Азот и Водород в соотношении 1 : 3 пропускаются через компрессор, в котором поддерживается высокое давление 200 – 30 атмосфер. В этом процессе в качестве катализатора используется оксид железа. Это твердый оксид, используемый в процессе, где реагенты находятся в газообразном состоянии. Азот (г) реагирует с водородом (г) с образованием аммиака (г) под давлением твердого оксида железа, таким образом, это гетерогенный катализ

Пример 2: Производство серной кислоты контактным способом.

В этом процессе основным этапом является окисление диоксида серы. В этом окислении диоксид серы представляет собой газ, а кислород — газ, а пятиокись ванадия является твердым катализатором. В этом процессе реагенты и катализаторы находятся в разных агрегатных состояниях.

Механизм гетерогенного катализатора

Гетерогенный катализ включает как адсорбцию, так и образование промежуточных соединений. Молекула реагента адсорбируется на центре активации поверхности катализатора. Они объединяются, образуя активированный комплекс, который является промежуточным соединением. Это соединение разлагается с образованием продуктов.

Как только продукты образуются, они десорбируются с поверхности без промежутка времени. Гетерогенный катализ включает первоначально адсорбцию реагентов на поверхности катализатора, образование промежуточного соединения, диссоциацию в продукт.

Пример: Гидрирование этилена в этан на поверхности никеля.

• Молекулы эфира и водорода адсорбируются на поверхности катализатора.
• Водород занимает большую часть центра активации и известен как окклюзия.
• Молекулы этана атакуют область своей двойной связи, образуя активированный комплекс.
• Эфир реагирует с активным водородом с образованием этана.
• Этот этан десорбируется на поверхности катализатора.

Электрокатализаторы

В электрохимии, особенно когда мы имеем дело с топливными элементами, используются несколько типов металлосодержащих катализаторов. У этих катализаторов есть одна основная роль, заключающаяся в повышении скорости полуреакций, происходящих в топливном элементе. Популярный электрокатализатор, используемый в топливных элементах, в большинстве случаев основан на наночастицах платины. Теперь они поддерживаются частицами углерода немного большего размера. Когда этот катализатор входит в контакт с одним из электродов в топливном элементе, платина увеличивает скорость восстановления кислорода либо до воды, либо до гидроксида (также перекиси водорода).

Гомогенный катализ

Катализ, при котором катализатор, используемый в реакции, и реагенты находятся в одном и том же агрегатном состоянии, называется гомогенным катализом. На той же стадии, что и реагенты, работают гомогенные катализаторы. Обычно гомогенные катализаторы с субстратами растворяют в растворителе. Влияние Н+ на этерификацию карбоновых кислот, например образование метилацетата из уксусной кислоты и метанола, является одним из примеров гомогенного катализа. Гидроформилирование, гидросилилирование, гидроцианирование включают крупнообъемные процессы, требующие гомогенного катализатора. Гомогенный катализ часто является синонимом металлоорганических катализаторов для химиков-неоргаников. Однако многие гомогенные катализаторы не являются металлоорганическими, о чем свидетельствует использование солей кобальта, катализирующих окисление п-ксилола до терефталевой кислоты.

В то время как при изучении катализа переходные металлы часто привлекают большое внимание, небольшие органические молекулы без металлов также могут проявлять каталитические свойства, о чем свидетельствует отсутствие переходных металлов во многих ферментах. Органические катализаторы обычно требуют более высокой нагрузки (количество катализатора на единицу количества реагента, выраженное в мольных процентах вещества), чем катализаторы на основе переходных металлов (-ионов), но эти катализаторы, как правило, коммерчески доступны в больших количествах, что помогает снизить затраты. Такие органокатализаторы считались «новым поколением» в начале 2000-х годов и могут конкурировать с обычными катализаторами, содержащими металл(-ион).

Пример 1: Гидролиз этилацетата в присутствии разбавленной кислоты.

Этилацетат представляет собой жидкость, содержащую сложноэфирную функциональную группу. Он реагирует с водой в присутствии разбавленной серной кислоты, которая представляет собой жидкость, с образованием этилового спирта и уксусной кислоты.

\(\begin{array}{l}C{{H}_{3}}COO{{C}_{2}}{{H}_{5}}+{{H}_{2}} OCl \overset{H\oplus Cl} \longrightarrow C{{H}_{3}}COOHCl+{{C}_{2}}{{H}_{5}}OHCl\end{массив} \)

В приведенной выше реакции реагенты и катализаторы находятся в одном и том же агрегатном состоянии. Следовательно, это гомогенный катализ

Пример 2: Окисление диоксида серы в процессе со свинцовой камерой.

Процесс со свинцовой камерой используется при производстве серной кислоты. В этом процессе в качестве катализатора используется газообразный оксид азота.

\(\begin{array}{l}2S{{O}_{2}}\left( g \right)+{{O}_{2}}\left(g\right) \overset{NO( g)} \longrightarrow 2S{{O}_{3}}\left( g \right)\end{массив} \)

В приведенной выше реакции SO ₂  и O ₂ вместе с катализатором NO также являются газом, следовательно, это гомогенный катализ.

Читайте также: Катализатор Уилкинсона

Механизм гомогенного катализа

Гомогенный катализ осуществляется в соответствии с теорией форматирования промежуточных соединений.

Рассмотрим окисление SO ₂ в SO ₃ процессом в свинцовой камере. В этом газ оксид азота является катализатором.

Этот NO реагирует с SO ₂ с образованием SO ₂ и «NO ₂ » в качестве промежуточного соединения.

\(\begin{array}{l}2S{{O}_{2}}\left( g \right)+{{O}_{2}}\left(g \right) \overset{NO\ влево( г \вправо)} \longrightarrow 2S{{O}_{3}}\влево( г \вправо)\конец{массив} \)

Первая стадия: оксид азота соединяется с кислородом с образованием диоксида азота (NO ₂ ). Этот NO ₂ действует как промежуточное соединение, которое реагирует с SO ₂ с образованием триоксида серы и NO

.

2NO(г) + O ₂ (г) → 2NO ₂ (г) Промежуточное соединение

2SO ₂ + 2NO ₂ → 2SO ₃ (г) + 2NO(г)

Фотокатализаторы

Фотокатализ — это явление, при котором катализатор способен воспринимать свет (например, видимый свет) и переходить в возбужденное состояние.

Автокатализ

В автокаталитической реакции не добавляется специальный катализатор. Вместо этого один из продуктов действует как катализатор и увеличивает скорость образования продуктов.

Пример 1: Разложение арсена (AsH ₃ ) образуется в результате образования мышьяка в реакторе «автокатализатора».

2As H ₃ → 2As + 3H ₂

В этом процессе As действует как катализатор.

Пример 2: Окисление щавелевой кислоты KMnO ₄

При добавлении перманганата в кислый раствор происходит окисление ионов оксалата (или щавелевой кислоты). Реакция приводит к образованию ионов Mn ²⁺ и автокатализирует реакцию. Скорость реакции между перманганатом калия и подкисленным раствором оксалата изначально низкая. Ионы Mn ⁺²⁺ , которые образуются во время реакции, помогают увеличить скорость реакции.

Часто задаваемые вопросы о катализаторе

Как позитивный катализатор может изменить реакцию?

Положительный катализатор должен сделать скорость реакции самой первой, изменив путь реакции, уменьшив основу энергии активации. Таким образом, большое количество молекул реагентов превращается в продукты.

Какова роль каталитического яда в реакции Розенмунда?

В реакции Розенмунда альдегид получают путем восстановления галогенангидридов газообразным водородом в присутствии палладия. Если катализатор не отравлен, реакция не останавливается на уровне альдегида, который является первичным восстановлением спирта. Для того, чтобы остановиться на уровне альдегидов. Палладий отравлен сульфатом бария.

Каковы ключевые факторы гетерогенного катализа?

В гетерогенном катализе реагирующая среда и катализатор находятся в различных агрегатных состояниях. Наиболее важные шаги в этом процессе;
– Центр активации адсорбции молекул реагентов.
– Формирование активационного комплекса в центре.
— Этот комплекс разлагается на продукты.
– Десорбция продуктов с поверхности катализатора.

Какова роль промоутеров в процессе Габера?

Промоторы или ускорители повышают активность катализатора в процессе. В процессе производства аммиака Габера азот реагирует с водородом с образованием Nh4. Азот очень менее реакционноспособен, и выход аммиака очень мал, для увеличения процентного выхода образующегося аммиака NO используется в качестве промотора.

Каково значение автокатализа?

Автокатализ – это самокатализ, в этом процессе один из образующихся продуктов действует как катализатор и увеличивает скорость реакции.

Катализатор Определение и значение | Dictionary.com.

[ kat-l-ist ]

/ ˈkæt l ɪst /

Сохранить это слово!

См. синонимы для: катализатор / катализаторы на Thesaurus.com

Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

---

сущ.

Химия. вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию, не затрагивая при этом самого себя.

то, что вызывает активность между двумя или более людьми или силами без воздействия на себя.

человек или предмет, который ускоряет событие или изменение: его тюремное заключение правительством послужило катализатором, который помог преобразовать социальные волнения в революцию.

человек, чьи разговоры, энтузиазм или энергия заставляют других быть более дружелюбными, восторженными или энергичными.

ВИДЕО ДЛЯ КАТАЛИЗАТОРА

Может ли человек быть катализатором?

Катализатор означает «то, что вызывает активность, событие или изменение». И обычно эти события и изменения бывают большими. Но может ли катализатором быть человек?

БОЛЬШЕ ВИДЕО ОТ DICTIONARY.COM

ВИКТОРИНА

ВСЕ ЗА(U)R ЭТОГО БРИТАНСКОГО ПРОТИВ. АМЕРИКАНСКИЙ АНГЛИЙСКИЙ ВИКТОРИНА

Существует огромное количество различий между тем, как люди говорят по-английски в США и Великобритании. Способны ли ваши языковые навыки определить разницу? Давай выясним!

Вопрос 1 из 7

Правда или ложь? Британский английский и американский английский различаются только сленговыми словами.

Происхождение катализатора

Впервые зафиксировано в 1900–05 гг.; cataly(sis) + (-i)st

ДРУГИЕ СЛОВА ОТ Catalyst

self-cat·a·lyst, существительное·i·cat·a·lyst, существительное

Слова рядом с катализатором

Каталонский, catalpa, catalufa, катализ, катализ, катализатор, каталитический, каталитический нейтрализатор, установка каталитического крекинга, каталитический крекинг, катализировать

Dictionary.com Полный текст На основе Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc. 2023

Слова, относящиеся к слову катализатор

стимул, стимул, мотивация, стимулятор, адъювант, агитатор, фермент, побуждение, импульс, зажигательный, подстрекательство, подстрекательство, реагент, реактивный , шпора, синергист, свеча зажигания

Как использовать катализатор в предложении

• Южная Африка обеспечивает 84% металлов платиновой группы, необходимых для топливных элементов и автомобильных катализаторов.

  Европа полагается на иностранное сырье для обеспечения своего зеленого и цифрового будущего. Теперь он хочет добывать их дома|Дэвид Мейер|3 сентября 2020 г.|Fortune

• То время, которое я провел в Гане, а также в Западной Африке и Африке к югу от Сахары, стало моим катализатором для запуска Tala, и я регулярно призываю членов моей команды взять на себя «разобраться!»

  Совет, который помог 40-летним моложе 40 в этом году найти свой собственный путь|kdunn6|3 сентября 2020 г.|Fortune

• Смерть Флойда стала катализатором предыдущих протестов в этом году, а стрельба по Блейку вновь разожгла демонстрации.

  Жестокие протесты против жестокости полиции в 60-х и 90-х изменили общественное мнение|Немец Лопес|28 августа 2020 г.|Vox

• Так что, больше всего на свете, одобрение стало для нас катализатором, чтобы мы действительно сказали, давайте что-нибудь сделаем , нам не нужно сидеть и ждать, что мы будем делать, одобрять или не одобрять.

  Новый проект Log Cabin стремится повторить успех видео Гренелла|Крис Джонсон|26 августа 2020 г.|Washington Blade

• Бритни Сайкс — защитный катализатор для Искры, и ее эффективность значительно улучшилась с двух.

  В этом году Матча всех звезд WNBA не будет, но мы все равно выбрали составы|Говард Мегдал|26 августа 2020 г.|FiveThirtyEight

• Но медь выполняет еще одну важную функцию: работает как катализатор в процессе дистилляции.

  Когда дело доходит до отличного виски, размер вашего по-прежнему имеет значение||9 декабря 2014 г.|DAILY BEAST

• Бранч — это катализатор, бранч — это соблюдение различных правил для выходных.

  Не пренебрегайте красотой бранча: защищая нашу любимую еду|Тим Тиман|15 октября 2014 г.|DAILY BEAST

• Мы гордимся тем, что наш фильм может стать катализатором даже небольшого изменения в жизни этих мальчиков. лечатся в Китае.

  Китай не хочет, чтобы вы смотрели фильм об интернет-зависимости «Веб-наркоман»|Шош Шлам и Хилла Медалия|9 августа 2014 г. |DAILY BEAST

• Другие сервисы, не связанные с дизайном, такие как Adobe Business Catalyst, который проводит кампании по сбору средств по электронной почте и электронную коммерцию, также перестали работать.

  «Creative Cloud» от Adobe уходит в автономный режим и забирает с собой миллион дизайнеров|Кайл Чайка|16 мая 2014 г.|DAILY BEAST

• И этот вопрос является катализатором всей двусмысленности на протяжении всего фильма.

  Как режиссер фильма «Превосходство» Уолли Пфистер стал секретным оружием Кристофера Нолана|Эндрю Романо|17 апреля 2014 г.|DAILY BEAST

• Возможно, это простое действие послужило катализатором, который дал Берлу решение проблемы.

  Забытая планета|Мюррей Лейнстер

• Таким образом, мы можем сравнить катализатор с тем, что в обществе известно как «хороший миксер».

  Творческая химия|Эдвин Э. Слоссон

• Тактичная хозяйка, руководитель салона, является социальным катализатором.

  Creative Chemistry|Edwin E. Slosson

• При контакте перекиси водорода с катализатором, таким как перманганат калия, она распадается на кислород и воду.

  Операция: Космос|Уильям Фицджеральд Дженкинс

• Катализатор, который был необходим для окончательной реакции, будет доставлен ему Полтером.

  Beyond the Vanishing Point|Raymond King Cummings

Определение катализатора в Британском словаре

катализатор

/ (ˈkætəlɪst) /

---

химическая реакция, которая сама по себе увеличивает страдание

3 существительное химическое изменениеСравнить ингибитор (по умолч. 2)

человек или вещь, вызывающая изменение

Collins English Dictionary — Complete & Unabridged 2012 Digital Edition © William Collins Sons & Co. Ltd., 1979, 1986 © HarperCollins Publishers 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

Научные определения катализатора

катализатор

[ кэтл-ист ]

---

Вещество, которое не начинает химическую реакцию или не ускоряет ее постоянные изменения самого себя. Например, ферменты слюны являются катализаторами пищеварения.

Другие слова из слова «катализатор»

каталитический прилагательное (кэт’л-ит’ик)

Научный словарь американского наследия® Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Культуральные определения катализатора

катализатор

[ (кат-э-лист) ]

---

В химии — вещество, которое вызывает химическую реакцию, но само в ней не участвует.

примечания для катализатора

Термин «катализатор» часто используется для обозначения главного агента любых изменений: «Она была катализатором реорганизации».

Новый словарь культурной грамотности, третье издание Авторское право © 2005 г., издательство Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Центральная роль ферментов как биологических катализаторов — клетка

Фундаментальная задача белков — действовать как ферменты — катализаторы, увеличивающие скорость практически всех химических реакций внутри клеток. Хотя РНК способны катализировать некоторые реакции, большинство биологических реакций катализируются белками. В отсутствие ферментативного катализа большинство биохимических реакций протекают настолько медленно, что не могли бы протекать в мягких условиях температуры и давления, совместимых с жизнью. Ферменты ускоряют скорость таких реакций более чем в миллион раз, поэтому реакции, которые без катализа заняли бы годы, могут протекать за доли секунд, если их катализирует соответствующий фермент. Клетки содержат тысячи различных ферментов, и их активность определяет, какие из многих возможных химических реакций действительно происходят внутри клетки.

Каталитическая активность ферментов

Как и все другие катализаторы, ферменты характеризуются двумя фундаментальными свойствами. Во-первых, они увеличивают скорость химических реакций, но сами не поглощаются и не изменяются в результате реакции. Во-вторых, они увеличивают скорость реакции, не нарушая химического равновесия между реагентами и продуктами.

Эти принципы ферментативного катализа проиллюстрированы в следующем примере, в котором молекула, на которую действует фермент (называемая субстратом [ S ]) в результате реакции превращается в продукт ( P ). В отсутствие фермента реакция может быть записана следующим образом:

Химическое равновесие между S и P определяется законами термодинамики (как обсуждается далее в следующем разделе этой главы) и представлено отношением скоростей прямой и обратной реакции ( S → P и P → S соответственно). В присутствии соответствующего фермента превращение S по P ускоряется, но равновесие между S и P не меняется. Следовательно, фермент должен одинаково ускорять и прямую, и обратную реакции. Реакция может быть записана следующим образом:

Обратите внимание, что фермент ( E ) не изменяется в результате реакции, поэтому химическое равновесие остается неизменным, определяемым исключительно термодинамическими свойствами S и P .

Влияние фермента на такую ​​реакцию лучше всего иллюстрируется изменениями энергии, которые должны происходить при превращении S до P (). Равновесие реакции определяется конечными энергетическими состояниями S и P , на которые не влияет ферментативный катализ. Однако для того, чтобы реакция шла, субстрат должен быть сначала переведен в более высокое энергетическое состояние, называемое переходным состоянием . Энергия, необходимая для достижения переходного состояния (энергия активации), представляет собой барьер для протекания реакции, ограничивая скорость реакции. Ферменты (и другие катализаторы) действуют, уменьшая энергию активации, тем самым увеличивая скорость реакции. Повышенная скорость одинакова как в прямом, так и в обратном направлении, поскольку оба должны пройти через одно и то же переходное состояние.

Рисунок 2.22

Энергетические диаграммы для катализируемых и некаталитических реакций. Проиллюстрированная реакция представляет собой простое превращение субстрата S в продукт P. Поскольку конечное энергетическое состояние P ниже, чем у S , реакция протекает слева направо. Для (подробнее…)

Каталитическая активность ферментов заключается в связывании их субстратов с образованием комплекса фермент-субстрат ( ES ). Субстрат связывается с определенной областью фермента, называемой активным центром. Связанный с активным центром субстрат превращается в продукт реакции, который затем высвобождается из фермента. Таким образом, катализируемая ферментом реакция может быть записана следующим образом:

Обратите внимание, что E не меняется в обеих частях уравнения, поэтому равновесие не изменяется. Однако фермент обеспечивает поверхность, на которой реакции превращения S в P могут протекать более легко. Это результат взаимодействий между ферментом и субстратом, которые снижают энергию активации и способствуют образованию переходного состояния.

Механизмы ферментативного катализа

Связывание субстрата с активным центром фермента представляет собой очень специфическое взаимодействие. Активные центры представляют собой щели или бороздки на поверхности фермента, обычно состоящие из аминокислот из разных частей полипептидной цепи, объединенных в третичную структуру свернутого белка. Субстраты первоначально связываются с активным центром посредством нековалентных взаимодействий, включая водородные связи, ионные связи и гидрофобные взаимодействия. Как только субстрат связывается с активным центром фермента, несколько механизмов могут ускорить его превращение в продукт реакции.

Хотя в простом примере, рассмотренном в предыдущем разделе, участвовала только одна молекула субстрата, большинство биохимических реакций включают взаимодействие между двумя или более различными субстратами. Например, образование пептидной связи предполагает соединение двух аминокислот. Для таких реакций связывание двух или более субстратов с активным центром в правильном положении и ориентации ускоряет реакцию (1). Фермент обеспечивает матрицу, на которой реагенты собираются вместе и должным образом ориентируются, чтобы способствовать образованию переходного состояния, в котором они взаимодействуют.

Рисунок 2.23

Ферментативный катализ реакции между двумя субстратами. Фермент обеспечивает матрицу, на которой два субстрата соединяются вместе в правильном положении и ориентации для взаимодействия друг с другом.

Ферменты ускоряют реакции также путем изменения конформации их субстратов, приближая их к конформации переходного состояния. Простейшей моделью взаимодействия фермент-субстрат является модель типа «замок-ключ» , в которой субстрат точно помещается в активный центр (). Однако во многих случаях конфигурация как фермента, так и субстрата модифицируется за счет связывания субстрата — процесс, называемый индуцированная посадка . В таких случаях конформация субстрата изменяется так, что она больше напоминает переходное состояние. Напряжение, создаваемое таким искажением подложки, может дополнительно способствовать ее переходу в переходное состояние за счет ослабления критических связей. Более того, переходное состояние стабилизируется его прочным связыванием с ферментом, что снижает необходимую энергию активации.

Рисунок 2.24

Модели фермент-субстратного взаимодействия. (A) В модели «замок-ключ» субстрат точно соответствует активному центру фермента. (B) В модели индуцированного соответствия связывание субстрата искажает конформации как субстрата, так и фермента. Это искажение (далее…)

В дополнение к объединению нескольких субстратов и искажению конформации субстратов для приближения к переходному состоянию многие ферменты непосредственно участвуют в каталитическом процессе. В таких случаях специфические боковые цепи аминокислот в активном центре могут реагировать с субстратом и образовывать связи с промежуточными продуктами реакции. Кислотные и основные аминокислоты часто участвуют в этих каталитических механизмах, как показано в последующем обсуждении химотрипсина как примера ферментативного катализа.

Химотрипсин является членом семейства ферментов (сериновых протеаз), которые расщепляют белки, катализируя гидролиз пептидных связей. Реакция может быть записана следующим образом:

Различные представители семейства сериновых протеаз (включая химотрипсин, трипсин, эластазу и тромбин) обладают различной субстратной специфичностью; они преимущественно расщепляют пептидные связи, расположенные рядом с разными аминокислотами. Например, в то время как химотрипсин расщепляет связи рядом с гидрофобными аминокислотами, такими как триптофан и фенилаланин, трипсин расщепляет связи рядом с основными аминокислотами, такими как лизин и аргинин. Однако все сериновые протеазы сходны по структуре и используют один и тот же механизм катализа. Активные центры этих ферментов содержат три критически важные аминокислоты — серин, гистидин и аспартат, — которые управляют гидролизом пептидной связи. Действительно, эти ферменты называются сериновыми протеазами из-за центральной роли остатка серина.

Субстраты связываются с сериновыми протеазами путем встраивания аминокислоты рядом с сайтом расщепления в карман в активном центре фермента (). Природа этого кармана определяет субстратную специфичность различных членов семейства сериновых протеаз. Например, связывающий карман химотрипсина содержит гидрофобные аминокислоты, которые взаимодействуют с гидрофобными боковыми цепями его предпочтительных субстратов. Напротив, связывающий карман трипсина содержит отрицательно заряженную кислую аминокислоту (аспартат), которая способна образовывать ионную связь с остатками лизина или аргинина своих субстратов.

Рисунок 2.25

Связывание субстрата сериновыми протеазами. Аминокислота, примыкающая к расщепляемой пептидной связи, вставляется в карман в активном центре фермента. У химотрипсина карман связывает гидрофобные аминокислоты; связывающий карман трипсина содержит (подробнее…)

Связывание субстрата позиционирует расщепляемую пептидную связь рядом с активным центром серина (). Затем протон этого серина переносится в активный центр гистидина. Конформация активного центра способствует переносу протона, поскольку гистидин взаимодействует с отрицательно заряженным аспартатным остатком. Серин реагирует с субстратом, образуя тетраэдрическое переходное состояние. Затем пептидная связь расщепляется, и С-концевая часть субстрата высвобождается из фермента. Однако N-концевой пептид остается связанным с серином. Эта ситуация разрешается, когда молекула воды (второй субстрат) входит в активный центр и обращает предшествующие реакции. Протон молекулы воды переносится на гистидин, а его гидроксильная группа – на пептид, образуя второе тетраэдрическое переходное состояние. Затем протон переносится с гистидина обратно на серин, а пептид высвобождается из фермента, завершая реакцию.

Рисунок 2.26

Каталитический механизм химотрипсина. Три аминокислоты в активном центре (Ser-195, His-57 и Asp-102) играют решающую роль в катализе.

Этот пример иллюстрирует некоторые особенности ферментативного катализа; специфичность фермент-субстратных взаимодействий, расположение различных молекул субстрата в активном центре и участие остатков активного центра в формировании и стабилизации переходного состояния. Хотя тысячи ферментов в клетках катализируют множество различных типов химических реакций, в их работе применяются одни и те же основные принципы.

Коэнзимы

Помимо связывания своих субстратов, активные центры многих ферментов связывают другие малые молекулы, участвующие в катализе. Простетические группы представляют собой небольшие молекулы, связанные с белками, в которых они играют важную функциональную роль. Например, кислород, переносимый миоглобином и гемоглобином, связан с гемом, простетической группой этих белков. Во многих случаях ионы металлов (например, цинка или железа) связаны с ферментами и играют центральную роль в каталитическом процессе. Кроме того, различные низкомолекулярные органические молекулы участвуют в специфических типах ферментативных реакций. Эти молекулы называются коферментами, потому что они работают вместе с ферментами, увеличивая скорость реакции. В отличие от субстратов коферменты не изменяются необратимо в результате реакций, в которых они участвуют. Скорее, они перерабатываются и могут участвовать во множестве ферментативных реакций.

Коэнзимы служат переносчиками нескольких типов химических групп. Ярким примером кофермента является никотинамидадениндинуклеотид ( НАД ⁺ ), который функционирует как переносчик электронов в окислительно-восстановительных реакциях (). НАД ⁺ может принимать ион водорода (Н ⁺ ) и два электрона (е ^— ) с одного субстрата, образуя НАДН. Затем NADH может отдавать эти электроны второму субстрату, повторно образуя NAD ⁺ . Таким образом, НАД ⁺ переносит электроны с первого субстрата (который окисляется) на второй (который восстанавливается).

Рис. 2.27

Роль НАД ⁺ в окислительно-восстановительных реакциях. (A) Никотинамидадениндинуклеотид (НАД ⁺ ) действует как переносчик электронов в окислительно-восстановительных реакциях, принимая электроны (е ^— ) с образованием НАДН. (B) Например, NAD ⁺ может принимать электроны от одного субстрата (подробнее…)

Несколько других коферментов также действуют как переносчики электронов, а третьи участвуют в переносе множества дополнительных химических групп (например, , карбоксильные группы и ацильные группы; ). Одни и те же коферменты действуют вместе с множеством различных ферментов, катализируя перенос определенных химических групп между широким спектром субстратов. Многие коферменты тесно связаны с витаминами, которые частично или полностью составляют структуру кофермента. Витамины не требуются бактериям, таким как E. coli , но являются необходимыми компонентами рациона человека и других высших животных, утративших способность синтезировать эти соединения.

Таблица 2.1

Примеры коферментов и витаминов.

Регулирование активности ферментов

Важной особенностью большинства ферментов является то, что их активность не постоянна, а может модулироваться. То есть активность ферментов можно регулировать так, чтобы они функционировали надлежащим образом для удовлетворения различных физиологических потребностей, которые могут возникнуть в течение жизни клетки.

Одним из распространенных типов регуляции ферментов является ингибирование по принципу обратной связи, при котором продукт метаболического пути ингибирует активность фермента, участвующего в его синтезе. Например, аминокислота изолейцин синтезируется серией реакций, начиная с аминокислоты треонина (). Первый этап пути катализируется ферментом треониндезаминазой, которая ингибируется изолейцином, конечным продуктом пути. Таким образом, достаточное количество изолейцина в клетке ингибирует треониндезаминазу, блокируя дальнейший синтез изолейцина. Если концентрация изолейцина снижается, ингибирование по принципу обратной связи снимается, треониндезаминаза больше не ингибируется и синтезируется дополнительный изолейцин. Регулируя таким образом активность треониндезаминазы, клетка синтезирует необходимое количество изолейцина, но избегает затрат энергии на синтез большего количества изолейцина, чем необходимо.

Рисунок 2.28

Подавление обратной связи. Первый этап превращения треонина в изолейцин катализируется ферментом треониндезаминазой. Активность этого фермента ингибируется изолейцином, конечным продуктом пути.

Ингибирование по принципу обратной связи является одним из примеров аллостерической регуляции, при которой активность фермента контролируется путем связывания небольших молекул с регуляторными участками фермента (). Термин «аллостерическая регуляция» происходит от того факта, что регуляторные молекулы связываются не с каталитическим участком, а с отдельным участком на белке (9). 1402 алло = «другое» и steric = «сайт»). Связывание регуляторной молекулы изменяет конформацию белка, что, в свою очередь, изменяет форму активного центра и каталитическую активность фермента. В случае треониндезаминазы связывание регуляторной молекулы (изолейцина) ингибирует ферментативную активность. В других случаях регуляторные молекулы служат активаторами, стимулируя, а не ингибируя ферменты-мишени.

Рисунок 2.29

Аллостерическая регуляция. В этом примере активность фермента ингибируется связыванием регуляторной молекулы с аллостерическим сайтом. В отсутствие ингибитора субстрат связывается с активным центром фермента, и реакция протекает. Переплет (далее…)

Активность ферментов можно также регулировать путем их взаимодействия с другими белками и ковалентными модификациями, такими как добавление фосфатных групп к остаткам серина, треонина или тирозина. Фосфорилирование является особенно распространенным механизмом регуляции активности ферментов; добавление фосфатных групп либо стимулирует, либо ингибирует активность многих различных ферментов ().