Katalytisk aktivitet av overgangsmetaller

Overgangsmetaller fylle midtblokken i det periodiske system: kolonner av elementer fra scandium til venstre for å sink på høyre side. Mange av disse metallene gjøre gode katalysatorer, noe som betyr at under de rette forholdene, kan de bidra til å øke hastigheten på en kjemisk reaksjon eller gjøre den mer komplett.

Katalysatorer

Noen kjemiske reaksjoner er spontan, noe som betyr at det tar ikke noe arbeid å gjøre reaksjonen oppstår. En spontan reaksjon ikke nødvendigvis skje raskt, men; faktisk kan reaksjonshastigheten være så langsom at reaksjonen praktisk talt aldri skjer. Hydrogen brenner i luft er en spontan reaksjon, for eksempel, men hvis du blander oksygen og luft ved romtemperatur og vente for dem å antennes, vil du ikke se noe. Med mindre du gi det litt varme eller en gnist, vil hydrogen brenner ikke. Push du trenger for å få reaksjonen kommer kalles aktiveringsenergien barriere. En overgangsmetallkatalysator gir en alternativ reaksjonsveien. Denne mekanismen for reaksjonen har en nedre aktiveringsenergi barriere. Når aktiveringsenergibarrieren er redusert, kan reaksjonen forløper raskere.

Mekanisme

Overgangsmetallkatalysatorer vanligvis gjøre jobben ved å adsorbere en av de to reaktanter og ved å endre det slik at det blir mer reaktivt. Bryte bindingen mellom to hydrogenatomer, for eksempel tar energi, slik at brytingen av denne bindingen virker som et hastighetsbegrensende trinn for omsetning av hydrogen med en karbonkjede som i kjeden som finnes i propen. Hvis platina er til stede, vil imidlertid de to hydrogenatomer danner bindinger med platina, og båndene mellom hydrogenatomer bryter seg inn i prosessen. Den aktivert hydrogen kan nå reagere lettere med det propen molekylet for å lage propan.

Oksydasjon og reduksjon

Den katalytiske aktiviteten til mange overgangsmetaller stammer fra deres evne til å vinne eller tape elektroner og ta i bruk en av flere oksydasjonstilstander. En oksidasjonstilstand er prisen et atom ville ha hvis alle bånd det hadde dannet var rent ionisk. Selv om jern, for eksempel, er vanligvis finnes i en oksidasjonstilstand på +2 eller +3, kan den eksistere i oksidasjonstilstander som strekker seg -2-6. Ved å ta elektroner fra eller donere elektroner til molekyler som binder dem, kan overgangsmetallene midlertidig å danne strukturer som gir en alternativ mekanisme for reaksjonen.

Jern og nikkel

Jern og nikkel er to metaller som ofte brukes som katalysatorer etter næring. Jern tjener som en katalysator i Haber-Bosch-prosess, en reaksjon som gjør ammoniakk for gjødsel. Nikkel virker som en katalysator i en rekke reaksjoner, inkludert hydrogenering av vegetabilsk olje til å gjøre margarin. Når nikkel blitt finmalt, kan det være legert med aluminium. I likhet med platina, vil det adsorberes hydrogen for å redusere aktiverings barriere av denne reaksjonen og få reaksjonen i gang.