کاتالیست چیست؟

اصطلاح کاتالیز در سال 1835 توسط یونس یاکوب برسلیوس  شیمی‌دان سوئدی ابداع شد. او به این موضوع اشاره کرد که برخی از مواد شیمیایی سرعت یک واکنش را افزایش می‌‌دهند. دوبراینر روی موضوع استفاده از پلاتین به عنوان یک کاتالیست فعالیت نمود و فندکی را اختراع کرد که به وسیله‌ی حرکت هیدروژن روی یک اسفنج پلاتین روشن می‌شد. این فندک که چراغ دوبراینر نامیده شد، تبدیل به یک موفقیت تجاری بزرگ در سال 1820 شد.

برای انجام یک واکنش شیمیایی، نیاز به یک مقدار حداقل انرژی به نام انرژی فعال‌سازی وجود دارد. اگر یک ماده بتواند این مقدار انرژی فعال‌سازی را کاهش دهد، بدون اینکه خودش در طول واکنش تغییر کند یا مصرف شود، آن ماده را یک کاتالیست یا عامل کاتالیستی می‌نامند. عملی که کاتالیست انجام می‌دهد، فروکافت یا کاتالیزنامیده می‌شود.

تحوه عملکرد کاتالیست چگونه است؟

کاتالیست انرژی فعال‌ سازی را از طریق جایگزین نمودن یک مسیر دیگر برای انجام واکنش کاهش می‌دهد. با انجام این کار، عامل کاتالیستی سرعت انجام واکنش را افزایش داده تا در دمایی کمتر از واکنش غیرکاتالیزی، مسیر واکنش جلو برود. علاوه بر این، اگر یک واکنش داده شده بتواند محصولات متنوعی تولید کند، کاتالیست ممکن است به واکنش نسبت به جهت‌دهی تولید یک زیر گروه خاص از محصولات کمک کند. به این معنی که اگر تولید یکی از محصولات ارجح باشد، می‌توان تولید را برا اساس آن متمرکز کرد.کاتالیست‌ها نقشی اساسی در سیستم‌های بیولوژیکی و فرآیندهای صنعتی ایفا می‌کنند. در موجودات زنده، «آنزیم‌ها» (enzyme) واکنش‌های بیولوژیکی بی‌شماری را کاتالیز می‌کنند که باعث زنده ماندن و عملیات تولید مثل و رشد می‌گردد. در صنعت، کاتالیست‌ها برای یک آرایش گسترده از فرایندهای تولید از جمله تولید آمونیاک، سولفوریک اسید، پلیمرها و جایگزین‌های محصولات نفتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.یک کاتالیست ممکن است با یک یا چند واکنش‌دهنده برای تشکیل یک ترکیب شیمیایی میانی واکنش دهد.

این ترکیب میانی متعاقبا برای تشکیل محصول نهایی، وارد واکنش می‌گردد. در فرآیند کلی، کاتالیست بعد از انجام وظیفه‌ی خود احیا می‌گردد. به طور متناوب، کاتالیست ممکن است سطحی را آماده کند که در آن واکنش‌دهنده‌ها به هم متصل شوند تا راحت‌تر با یکدیگر تعامل نمایند؛ چراکه واکنش از طریق نزدیک ساختن واکنش‌دهنده‌ها به هم آسان‌تر می‌شود. محصولات پس ا این که تشکیل شدند، از شاخک‌های کاتالیست رها می‌گردند.

انواع کاتالیست‌ها

کاتالیست‌ها به دو گروه  همگن یاناهمگن(heterogeneous) تقسیم  بندی می شوند. کاتالیست‌های زیستی  یک گروه جداگانه در نظر گرفته می‌شوند. یک کاتالیست ناهمگن دارای فازی متفاوت از واکنش‌دهنده‌ها است. یک کاتالیست جامد قادر است در یک مخلوط واکنش مایع استفاده شود. همچنین، یک کاتالیست همگن باید دارای فاز یکسان با واکنش‌دهنده‌ها باشد. به عنوان نمونه، کاتالیست می‌تواند در یک مخلوط واکنش مایع حل گردد.

کاتالیست ممکن است مسموم شود؛ اگر ترکیب دیگری (شبیه به یک بازدارنده) از لحاظ شیمیایی آن را تغییر دهد یا به آن پیوند داده شود یا از آن جدا نشود. چنین تعاملاتی به طور موثر مفید بودن کاتالیست را ضایع می‌کنند؛ زیرا از این به بعد نمی‌توانند در واکنشی که قرار بود کاتالیز شود، شرکت کنند. سموم متداول کاتالیست عبارتند از قلع، سولفور، روی، منگنز و فسفر.

مثال‌های دیگری از کاتالیست‌ها و کاربرد آن‌ها به شرح زیر است:

آهن معمولی به عنوان کاتالیست در فرآیند هابر برای سنتز آمونیاک از نیتروژن و هیدروژن، همان‌گونه که در بالا به آن اشاره شد، استفاده می‌گردد.

تولید انبوه یک پلیمر مانند پلی‌اتیلن یا پلی‌پروپیلن توسط یک عامل شناخته شده مانند کاتالیست «زیگلر- ناتا» (Ziegler- Natta) که اساس آن ترکیبات «تیتانیوم کلرید» (titanium chloride) و «آلکیل آلومینیوم» (alkyl aluminum) است، کاتالیز می‌شود.

«وانادیوم اکسید» (Vanadium(V) oxide, V2O5) کاتالیستی است که برای تولید سولفوریک اسید در غلظت‌های بالا با روش شناخته شده‌ی «فرآیند تماس» (contact process) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

برای تولید «مارگارین» (margarine) از نیکل استفاده می‌شود.

در فرآیند معروف «کراکینگ» (cracking) که تجزیه‌ی مولکول‌های هیدروکربنی بزرگ به مولکول‌های کوچکتر یا ساده‌تر است، از «آلومینا» (Alumina) و «سیلیکا» (Silica) به عنوان کاتالیست استفاده می‌گردد.

تعدادی از آنزیم‌ها برای تبدیل شیمیایی ترکیبات آلی استفاده می‌شوند. به این آنزیم‌ها بیوکاتالیست و به عمل انجام شده‌ توسط آن‌ها بیوکاتالیز می‌گویند.

الکترودهای یک سلول سوختی با یک کاتالیست مانند پلاتین، پالادیوم یا پودر آهن در مقیاس نانو پوشش‌دهی می‌گردند.

فرآیند «فیشر- تروپش» (Fischer-Tropsch) یک واکنش شیمیایی است که در آن کربن مونواکسید و هیدروژن در حضور کاتالیست‌های آهن و کبالت به هیدروکربن‌های مایع تبدیل می‌گردند. این فرآیند به طور عمده برای تولید یک جایگزین نفتی ترکیبی برای «روغن روانکار» (lubrication oil) یا سوخت استفاده می‌شود.

فرآیند «هیدروژنه کردن» (Hydrogenation) که شامل افزودن هیدروژن به ترکیبات آلی مانند آلکن‌ها (alkenes) یا «آلدئیدها» (aldehyds) است، نیاز به یک کاتالیست از قبیل پلاتین، پالادیوم، رودیوم و «روتنیوم» (ruthenium) دارد.

تعدادی از واکنش‌های شیمیایی توسط اسیدها یا بازها کاتالیز می‌شوند.

شرکت بازرگانی آریا کام پرهام به عنوان تنها نماینده رسمی  وانحصاری شرکت تک متال روسیه (Tehemetall)  تولید کننده بهترین کاتالیست های وانادیوم برای کارخانه های اسید سولفوریک می باشد. این شرکت آماده تامین کاتالیست های مورد نیاز و خدمات پس از فروش برای کارخانجات تولید کننده اسید سولفوریک می باشد.