Pemangkin dalam kimia. Apakah mereka? Apakah jenis mereka?

Apakah bahan yang boleh menjadi pemangkin?

Proses dan tindak balas kimia yang dimangkinkan berlaku dengan kehadiran bahan khusus tertentu yang dipanggil mangkin. Tugas utama mereka dalam sistem adalah untuk mengurangkan tenaga pengaktifan, yang secara langsung meningkatkan kelajuan proses. Pilihan pemangkin adalah isu utama yang, sebagai contoh, kecekapan proses bergantung. Sebatian kimia khusus atau sistem jenis kulit teras biasanya digunakan sebagai pemangkin. Ciri asas pemangkin dan fungsinya dalam sistem:

• Kehadiran mangkin dalam tindak balas tidak termasuk dalam persamaan molekul tindak balas kimia kerana ia tidak bertindak balas dengan substrat atau produk .
• Setelah tindak balas tamat, mangkin pulih. Oleh itu, tindak balas pemangkin boleh digambarkan sebagai kitaran.
• Mangkin hendaklah mudah dipisahkan daripada hasil tindak balas kimia yang diperolehi.
• Mangkin tidak menjejaskan keadaan keseimbangan tindak balas dalam apa jua cara dan oleh itu tidak mengubah termodinamiknya.
• Pemangkin mesti mempunyai tiga ciri asas: aktiviti tinggi, selektiviti tinggi, dan kestabilan dari semasa ke semasa.
• Pemangkin mesti memenuhi beberapa andaian asas tentang perlembagaannya, termasuk saiz liang yang betul, fasa kristal, kekuatan penghancuran, tahap pengurangan, sifat pencairan, kebolehgunaan, komposisi kimia purata, luas permukaan berkesan, saiz butiran, dan lain-lain.

Baca juga: pemangkinan .

Contoh pemangkin

logam

Logam adalah pemangkin yang sangat baik yang mudah digunakan dalam industri. Logam peralihan menarik minat tertentu kerana ia boleh wujud dalam dua atau lebih keadaan pengoksidaan, contohnya, besi dalam ferum(II) oksida atau ferum(III) oksida. Logam-logam ini mempunyai orbital d yang tidak terisi penuh, yang membolehkannya dengan mudah menderma dan menerima elektron daripada molekul lain. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, pemangkin yang terbentuk berdasarkan nanozarah logam telah menjadi semakin penting kerana sifat uniknya. Platinum – Logam yang digunakan, contohnya, dalam proses penghidrogenan kumpulan berfungsi atau proses penyahhidrogenan dalam sintesis organik. Bahan ini lengai secara kimia dan stabil dalam persekitaran pengoksidaan dan mempunyai kandungan lembapan yang tinggi. Pada suhu melebihi 450 ᵒC, filem platinum dioksida terbentuk pada permukaannya . Platinum dalam sebatian berlaku dalam beberapa keadaan pengoksidaan, tetapi biasanya, sebagai pemangkin, mengambil nilai II atau IV. Selain penggunaannya dalam teknologi kimia, platinum juga digunakan dalam penukar pemangkin automotif. Ia mempunyai keupayaan untuk mengikat atom oksigen kepada karbon(II) oksida toksik dalam ekzos kenderaan. Ini menghasilkan karbon dioksida yang kurang berbahaya. Palladium – Pemangkin paladium terlibat dalam pelbagai tindak balas organik, seperti kitaran, penghidrogenan, pengoksidaan, pengisomeran, tindak balas radikal, dan lain-lain. Mereka menunjukkan toleransi yang tinggi terhadap kumpulan berfungsi yang berbeza dan selalunya dapat memberikan stereoselektiviti yang sangat baik, membantu mengelakkan keperluan untuk kumpulan perlindungan khusus . Di samping itu, pemangkin paladium amat berkesan, contohnya, dalam penghidrogenan terpilih, membolehkan untuk mendapatkan produk yang dikehendaki dalam satu kitaran tindak balas. Nikel – Sebagai pemangkin, nikel memainkan peranan penting dalam banyak transformasi organik, seperti pengoksidaan, pengurangan, kitaran, pembentukan ikatan karbon-heteroatom, dan lain-lain. Ia berlaku dalam beberapa keadaan pengoksidaan dalam sebatian II, III dan IV. Nikel adalah unsur yang agak reaktif, sementara juga mempamerkan kestabilan kimia yang tinggi. Logam ini mempunyai kelebihan utama – ia lebih murah daripada pemangkin logam peralihan yang lain, itulah sebabnya ia sering digunakan sebagai alternatif kepada paladium, contohnya, dalam tindak balas gandingan. Emas – Beberapa tindak balas pemangkin dijalankan dengan kehadiran emas. Aktiviti pemangkinnya sangat bergantung pada saiz dan struktur kristal. Kesan mereka juga bergantung pada kaedah penyediaan. Pemangkin emas biasanya merupakan konglomerat unsur ini bersama-sama dengan pembawa yang sesuai, yang, sebagai contoh, membekalkan oksigen yang mencukupi untuk meningkatkan lagi aktiviti emas. Kompleks logam ini adalah pemangkin yang sangat baik untuk tindak balas pembentukan ikatan karbon-karbon, karbon-nitrogen atau karbon-oksigen, kerana ia boleh mengaktifkan ikatan dua dan tiga dengan mudah, contohnya, dalam rantai karbon. Contoh tindak balas yang dimangkin oleh emas termasuk pengoksidaan karbon(II) oksida, pengoksidaan alkohol dan aldehid , tindak balas pengoksidaan, penghidrogenan aldehid dan lain-lain.

Sebatian tak organik

Sebatian tak organik, khususnya oksida logam dan bukan logam, garam terpilih, dan asid adalah contoh pemangkin tak organik. Biasanya, bahan ini dimendapkan pada pembawa khas, iaitu bahan berliang (cth, karbon, silika atau alumina) yang menyokong sifat pemangkinnya (semakin besar luas permukaan pembawa, semakin besar kawasan sentuhan antara bahan tindak balas). Aspek penting dalam memilih sebatian tak organik sebagai mangkin adalah berpandukan bilangan pusat aktif yang ada. Kehadiran sejumlah besar pusat aktif, yang mana bahan tindak balas yang terlibat dalam tindak balas bermangkin mengikat, meningkatkan hasil tindak balas. Vanadium(V) oksida – Pemangkin dengan V ₂ O ₅ sebagai komponen utamanya berkesan dalam hampir semua tindak balas pengoksidaan. Mereka memainkan peranan penting dalam industri kimia hari ini. Salah satu aplikasi paling penting bagi pemangkin ini ialah penghasilan asid sulfurik. Vanadium(V) oksida memangkinkan tindak balas pengoksidaan sulfur(IV) oksida kepada sulfur(VI) oksida, yang kemudiannya diserap menjadi asid sulfurik. Dalam proses ini, pemangkin vanadium dirujuk sebagai kenalan yang dipanggil, kerana ia berada dalam fasa yang berbeza dengan bahan tindak balas yang lain. Dalam industri, ia biasanya digunakan dalam bentuk pembawa dengan fasa aktif digunakan pada permukaannya. Kelebihan utamanya termasuk takat kilat yang rendah, kestabilan semasa proses atau pekali penyerapan habuk yang tinggi. Selain penghasilan asid sulfurik, vanadium(V) oksida juga digunakan sebagai pemangkin dalam pengeluaran getah, keretakan minyak dan sintesis beberapa sebatian berat molekul tinggi. Aluminium klorida – Penggunaan aluminium klorida yang paling biasa sebagai pemangkin dalam sintesis organik ialah tindak balas alkilasi Friedel-Crafts. AlCl ₃ berada dalam keadaan pengagregatan yang berbeza (fasa pepejal) daripada reaktan lain, jadi dalam kes ini ia adalah pemangkinan heterogen. Sifat pemangkinnya terutamanya berdasarkan fakta bahawa ia adalah asid Lewis yang dipanggil dari segi struktur dan sifat kimianya. Ciri utamanya ialah keupayaannya untuk menerima pasangan elektron daripada bes Lewis. Aluminium klorida, sebagai pemangkin dan asid Lewis, bergabung dengan molekul terpilih atau serpihannya, selepas itu kompleks peralihan terbentuk dan kemudian terurai kepada karbokation. Asid sulfurik – Asid sulfurik mempamerkan sifat pemangkin walaupun dalam jumlah yang kecil untuk tindak balas kimia terpilih. Contoh-contoh transformasi sedemikian termasuk tindak balas pengesteran asid asetik dengan etanol atau tindak balas penitratan sebatian aromatik. Asid kemudian bertindak sebagai pemangkin homogen dan oleh itu berada dalam sistem, dalam fasa yang sama dengan bahan tindak balas yang lain. Sebagai asid yang sangat kuat, apabila dimasukkan ke dalam persekitaran tindak balas, ia membebaskan ion hidrogen yang mendorong proses. Tambahan pula, sifat tambahan asid sulfurik ialah higroskopisitasnya. Molekul air yang terbentuk dalam proses pengesteran terikat oleh asid dan ini mengalihkan keseimbangan di mana lebih banyak produk terbentuk. Walau bagaimanapun, ingat bahawa ini bukan hasil daripada memangkinkan tindak balas, tetapi ia hanya disebabkan oleh peralihan dalam keadaan keseimbangan.

Biomangkin

Biomangkin ialah sebatian kimia yang memangkinkan tindak balas yang berlaku dan timbul dalam tubuh manusia. Mereka adalah elemen penting dalam semua transformasi biokimia. Mereka bukan sahaja mempercepatkan transformasi tersebut, tetapi juga mempamerkan selektiviti tertentu dalam memangkinkan tindak balas terpilih. Setakat ini kumpulan biomangkin terbesar ialah enzim, termasuk pemangkin bukan protein, iaitu ribozim. Kualiti khusus mereka ialah keupayaan autocatalysis. Enzim – Ini adalah pemangkin yang sangat selektif yang meningkatkan dengan ketara kedua-dua kelajuan dan selektiviti tindak balas metabolik. Mereka terlibat dalam semua tindak balas kimia organisma. Sebagai pemangkin organik (atau sebaliknya biomangkin), enzim dihasilkan oleh sel. Ini boleh menjadi protein ringkas dan juga protein kompleks. Mereka dicirikan oleh kehadiran dua kumpulan: kumpulan prostetik dan aofermen. Enzim memangkinkan tindak balas pengoksidaan dan pengurangan sebatian organik kompleks, pemindahan kumpulan berfungsi, hidrolisis ikatan pelbagai jenis, pemusnahan ikatan kimia, perubahan isomerisasi molekul atau pembentukan ikatan kovalen baru. Peranan mereka dalam tubuh manusia tidak boleh dipandang tinggi. Mereka mengambil bahagian dalam hampir semua proses penting, kedua-dua anabolik dan katabolik. Dengan memangkinkan tindak balas yang dipilih, mereka secara signifikan mempengaruhi arah laluan metabolik dalam badan.