ఉత్ప్రేరక చర్య (Catalysis)

From LTRC
Revision as of 13:00, 8 October 2026 by Abhinaya (talk | contribs) (ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Catalysis” వ్యాసానికి తెలుగు అనువాదం)
(diff) ← Older revision | Latest revision (diff) | Newer revision → (diff)

ఉత్ప్రేరక చర్య (Catalysis) (IPA: /kəˈtælɪsɪs/, iss) అనేది ఉత్ప్రేరకం (catalyst)[1] (IPA: /ˈkætəlɪst/ ist) అని పిలువబడే అదనపు పదార్థం కారణంగా రసాయన చర్య యొక్క రేటు పెరగడం. ఉత్ప్రేరకాలు చర్య ద్వారా వినియోగించబడవు మరియు చర్య తర్వాత మారకుండా ఉంటాయి.[2] చర్య వేగంగా ఉండి, ఉత్ప్రేరకం త్వరగా రీసైకిల్ చేయబడితే, చాలా తక్కువ మొత్తంలో ఉత్ప్రేరకం సరిపోతుంది;[3] మిక్సింగ్, ఉపరితల వైశాల్యం మరియు ఉష్ణోగ్రత చర్య రేటులో ముఖ్యమైన అంశాలు. ఉత్ప్రేరకాలు సాధారణంగా ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ రియాక్టెంట్లతో చర్య జరిపి ఇంటర్మీడియట్లను ఏర్పరుస్తాయి, ఇవి తదనంతరం తుది చర్య ఉత్పత్తిని ఇస్తాయి, ఈ ప్రక్రియలో ఉత్ప్రేరకం పునరుత్పత్తి అవుతుంది.

ఉత్ప్రేరకం లేని చర్య కంటే చాలా వేగంగా ఉండే ప్రత్యామ్నాయ యంత్రాంగం ద్వారా చర్య జరగడానికి ఉత్ప్రేరకం అనుమతించడం వల్ల రేటు పెరుగుదల సంభవిస్తుంది. అయితే ఉత్ప్రేరకం లేని యంత్రాంగం కూడా సాధ్యమే, కాబట్టి మొత్తం రేటు (ఉత్ప్రేరకంతో కూడిన మరియు ఉత్ప్రేరకం లేనిది) ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో మాత్రమే పెరుగుతుంది మరియు ఎప్పటికీ తగ్గదు.[4]

ఉత్ప్రేరక చర్యను సజాతీయ (homogeneous) అని వర్గీకరించవచ్చు, దీని భాగాలు రియాక్టెంట్ వలె అదే దశలో (సాధారణంగా వాయువు లేదా ద్రవం) చెల్లాచెదురుగా ఉంటాయి, లేదా విజాతీయ (heterogeneous) అని వర్గీకరించవచ్చు, దీని భాగాలు ఒకే దశలో ఉండవు. ఎంజైమ్‌లు మరియు ఇతర బయోక్యాటలిస్ట్‌లను తరచుగా మూడవ వర్గంగా పరిగణిస్తారు. అంతేకాకుండా, nanocatalyst అనేది అప్లైడ్ నానోసైన్స్ రంగంలో ఉపయోగించే నానోసైజ్ ఉత్ప్రేరకం.

రసాయన పరిశ్రమలో ఉత్ప్రేరక చర్య దాదాపు సర్వవ్యాప్తమైంది.[5] వాణిజ్యపరంగా ఉత్పత్తి చేయబడిన అన్ని రసాయన ఉత్పత్తులలో 90% వాటి తయారీ ప్రక్రియలో ఏదో ఒక దశలో ఉత్ప్రేరకాలను కలిగి ఉంటాయని అంచనా.[6]

"ఉత్ప్రేరకం" (catalyst) అనే పదం గ్రీకు καταλύειν, kataluein నుండి ఉద్భవించింది, దీని అర్థం "వదులు చేయడం" లేదా "విప్పడం". ఉత్ప్రేరక చర్య యొక్క భావనను రసాయన శాస్త్రవేత్త Elizabeth Fulhame కనుగొన్నారు, ఇది ఆక్సీకరణ-తగ్గింపు ప్రయోగాలలో ఆమె చేసిన నవల పనిపై ఆధారపడి ఉంటుంది.[7][8]

సాధారణ సూత్రాలు

ఉదాహరణ

hydrogen peroxide నీరు మరియు ఆక్సిజన్‌గా వియోగం చెందడాన్ని వేగవంతం చేయడానికి ఉత్ప్రేరకాల ప్రభావం ఒక ఉదాహరణ:

2 H2O2 → 2 H2O + O2

చర్య ఉత్పత్తులు ప్రారంభ సమ్మేళనం కంటే స్థిరంగా ఉన్నందున ఈ చర్య కొనసాగుతుంది, కానీ ఈ వియోగం చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది, కాబట్టి హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్ ద్రావణాలు వాణిజ్యపరంగా అందుబాటులో ఉన్నాయి. manganese dioxide వంటి ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో, ఈ చర్య చాలా వేగంగా జరుగుతుంది. ఆక్సిజన్ యొక్క ఎఫెర్వెసెన్స్ ద్వారా ఈ ప్రభావాన్ని సులభంగా చూడవచ్చు.[9] ఉత్ప్రేరకం చర్యలో వినియోగించబడదు మరియు మారకుండా తిరిగి పొందవచ్చు మరియు నిరవధికంగా తిరిగి ఉపయోగించవచ్చు. తదనుగుణంగా, మాంగనీస్ డయాక్సైడ్ ఈ చర్యను ఉత్ప్రేరకపరుస్తుంది అని చెప్పబడింది. జీవులలో, ఈ చర్య catalase వంటి ఎంజైమ్‌ల (ఉత్ప్రేరకాలుగా పనిచేసే ప్రోటీన్లు) ద్వారా ఉత్ప్రేరకపరచబడుతుంది.

మరో ఉదాహరణ వాయు కాలుష్యంపై మరియు కార్బన్ మోనాక్సైడ్ మొత్తాన్ని తగ్గించడంలో ఉత్ప్రేరకాల ప్రభావం. కార్బన్ మోనాక్సైడ్‌ను కావలసిన ఉత్పత్తులుగా మార్చడానికి క్రియాశీల మరియు ఎంపిక చేసిన ఉత్ప్రేరకాల అభివృద్ధి ఉత్ప్రేరకాల యొక్క అతి ముఖ్యమైన పాత్రలలో ఒకటి. కార్బన్ మోనాక్సైడ్ హైడ్రోజనేషన్ కోసం ఉత్ప్రేరకాలను ఉపయోగించడం ఈ విష వాయువును తొలగించడానికి మరియు ఉపయోగకరమైన పదార్థాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి సహాయపడుతుంది.[10]

యూనిట్లు

ఉత్ప్రేరకం యొక్క ఉత్ప్రేరక చర్యను (catalytic activity) కొలవడానికి SI ఉత్పన్న యూనిట్ katal (కాటల్), ఇది సెకనుకు మోల్స్‌లో లెక్కించబడుతుంది. ఉత్ప్రేరకం యొక్క ఉత్పాదకతను turnover number (TON) ద్వారా మరియు ఉత్ప్రేరక చర్యను 'టర్న్ ఓవర్ ఫ్రీక్వెన్సీ' (TOF) ద్వారా వివరించవచ్చు, ఇది సమయ యూనిట్‌కు TON. బయోకెమికల్ సమానమైనది enzyme unit (ఎంజైమ్ యూనిట్). ఎంజైమాటిక్ ఉత్ప్రేరక చర్య యొక్క సామర్థ్యంపై మరింత సమాచారం కోసం, ఎంజైమ్‌లపై వ్యాసాన్ని చూడండి.

ఉత్ప్రేరక చర్య యంత్రాంగాలు

ప్రధాన వ్యాసం: Catalytic cycle సాధారణంగా, ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో రసాయన చర్యలు వేగంగా జరుగుతాయి ఎందుకంటే ఉత్ప్రేరకం ఉత్ప్రేరకం లేని యంత్రాంగం కంటే తక్కువ యాక్టివేషన్ ఎనర్జీని కలిగి ఉన్న ప్రత్యామ్నాయ చర్య యంత్రాంగాన్ని (చర్య మార్గం) అందిస్తుంది. ఉత్ప్రేరక యంత్రాంగాలలో, ఉత్ప్రేరకం పునరుత్పత్తి చేయబడుతుంది.[11][12][13][14]

వాయు దశలో జరిగే ఒక సాధారణ ఉదాహరణగా, 2 SO2 + O2 → 2 SO3 చర్యను నైట్రిక్ ఆక్సైడ్ జోడించడం ద్వారా ఉత్ప్రేరకపరచవచ్చు. చర్య రెండు దశల్లో జరుగుతుంది:

2 NO + O2 → 2 NO2 (రేటు-నిర్ణయించేది)
NO2 + SO2 → NO + SO3 (వేగవంతమైనది)

NO ఉత్ప్రేరకం పునరుత్పత్తి చేయబడుతుంది. మొత్తం రేటు నెమ్మదిగా జరిగే దశ యొక్క రేటు[14]

v = 2k1[NO]2[O2].

విజాతీయ ఉత్ప్రేరక చర్యకు ఒక ఉదాహరణ ఆక్సిజన్ మరియు హైడ్రోజన్ నీటిని ఉత్పత్తి చేయడానికి titanium dioxide (TiO2, లేదా టిటానియా) ఉపరితలంపై జరిగే చర్య. Scanning tunneling microscopy అణువులు అడ్సోర్ప్షన్ మరియు వియోగం చెందుతాయని చూపించింది. విడిపోయిన, ఉపరితల-బంధిత O మరియు H పరమాణువులు డిఫ్యూజ్ అవుతాయి. మధ్యంతర చర్య స్థితులు: HO2, H2O2, తర్వాత H3O2 మరియు చర్య ఉత్పత్తి (నీటి అణువు డైమర్లు), ఆ తర్వాత నీటి అణువు ఉత్ప్రేరక ఉపరితలం నుండి డిసోర్బ్ అవుతుంది.[15][16]

చర్య శక్తిశాస్త్రం

ఉత్ప్రేరకాలు ఉత్ప్రేరకం లేని చర్యల కంటే భిన్నమైన మార్గాలను ప్రారంభిస్తాయి. ఈ మార్గాలు తక్కువ యాక్టివేషన్ ఎనర్జీని కలిగి ఉంటాయి. పర్యవసానంగా, ఎక్కువ అణువుల ఘర్షణలు ట్రాన్సిషన్ స్టేట్‌ను చేరుకోవడానికి అవసరమైన శక్తిని కలిగి ఉంటాయి. అందువల్ల, ఉత్ప్రేరకాలు లేకపోతే కైనెటిక్ అడ్డంకి ద్వారా నిరోధించబడే లేదా నెమ్మదించే చర్యలను ఉత్ప్రేరకాలు ప్రారంభించగలవు. ఉత్ప్రేరకం చర్య రేటును లేదా ఎంపికను పెంచవచ్చు, లేదా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద చర్యను ప్రారంభించవచ్చు. ఈ ప్రభావాన్ని ఎనర్జీ ప్రొఫైల్ రేఖాచిత్రంతో వివరించవచ్చు.

ఉత్ప్రేరక ప్రాథమిక చర్యలో, ఉత్ప్రేరకాలు చర్య యొక్క పరిధిని మార్చవు: అవి చర్య యొక్క రసాయన సమతుల్యతపై ఎటువంటి ప్రభావాన్ని చూపవు. ఫార్వర్డ్ మరియు రివర్స్ చర్య రేట్ల నిష్పత్తి ప్రభావితం కాదు ( థర్మోడైనమిక్స్ కూడా చూడండి). ఉత్ప్రేరకం చర్య యొక్క రసాయన సమతుల్యతను ఎందుకు మార్చదో థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క రెండవ నియమం వివరిస్తుంది. ఒకవేళ సమతుల్యతను మార్చే ఉత్ప్రేరకం ఉందనుకుందాం. వ్యవస్థకు ఉత్ప్రేరకాన్ని పరిచయం చేయడం వల్ల కొత్త సమతుల్యతకు చర్య జరుగుతుంది, శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. చర్యలు గిబ్స్ ఫ్రీ ఎనర్జీ ఉత్పత్తి అయితేనే ఆకస్మికంగా ఉంటాయి కాబట్టి, శక్తి ఉత్పత్తి అవసరమైన ఫలితం, మరియు శక్తి అడ్డంకి లేకపోతే, ఉత్ప్రేరకం అవసరం లేదు. అప్పుడు, ఉత్ప్రేరకాన్ని తొలగించడం కూడా చర్యకు దారితీస్తుంది, శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది; అంటే అదనంగా మరియు దాని రివర్స్ ప్రక్రియ, తొలగింపు, రెండూ శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి. అందువల్ల, సమతుల్యతను మార్చగల ఉత్ప్రేరకం శాశ్వత చలన యంత్రం అవుతుంది, ఇది థర్మోడైనమిక్స్ నియమాలకు విరుద్ధం.[17] అందువల్ల, ఉత్ప్రేరకాలు సమతుల్య స్థిరాంకాన్ని మార్చవు. (అయితే, ఒక ఉత్ప్రేరకం తదుపరి దశలో చర్య జరపడం ద్వారా సమతుల్య సాంద్రతలను మార్చగలదు. చర్య కొనసాగుతున్నప్పుడు అది వినియోగించబడుతుంది, కాబట్టి ఇది రియాక్టెంట్ కూడా. ఎస్టర్ల బేస్-ఉత్ప్రేరక హైడ్రోలిసిస్ దీనికి ఉదాహరణ, ఇక్కడ ఉత్పత్తి చేయబడిన కార్బాక్సిలిక్ యాసిడ్ వెంటనే బేస్ ఉత్ప్రేరకంతో చర్య జరుపుతుంది మరియు తద్వారా చర్య సమతుల్యత హైడ్రోలిసిస్ వైపు మారుతుంది.)

ఉత్ప్రేరకం ప్రారంభ పదార్థాన్ని స్థిరీకరించడం కంటే ట్రాన్సిషన్ స్టేట్‌ను ఎక్కువగా స్థిరీకరిస్తుంది. ఇది ప్రారంభ పదార్థం మరియు ట్రాన్సిషన్ స్టేట్ మధ్య శక్తిలో తేడాను తగ్గించడం ద్వారా కైనెటిక్ అడ్డంకిని తగ్గిస్తుంది. ఇది ప్రారంభ పదార్థాలు మరియు ఉత్పత్తుల (థర్మోడైనమిక్ అడ్డంకి) మధ్య శక్తి వ్యత్యాసాన్ని లేదా అందుబాటులో ఉన్న శక్తిని (ఇది వేడి లేదా కాంతిగా పర్యావరణం ద్వారా అందించబడుతుంది) మార్చదు.

సంబంధిత భావనలు

కొన్ని ఉత్ప్రేరకాలు అని పిలవబడేవి నిజానికి ప్రీక్యాటలిస్ట్‌లు, ఇవి చర్యలో ఉత్ప్రేరకాలుగా మారుతాయి. ఉదాహరణకు, Wilkinson's catalyst RhCl(PPh3)3 నిజమైన ఉత్ప్రేరక చక్రంలోకి ప్రవేశించే ముందు ఒక ట్రిఫినైల్ఫాస్ఫైన్ లిగాండ్‌ను కోల్పోతుంది. ప్రీక్యాటలిస్ట్‌లను నిల్వ చేయడం సులభం కానీ in situ సులభంగా యాక్టివేట్ చేయబడతాయి. ఈ ప్రీయాక్టివేషన్ దశ కారణంగా, అనేక ఉత్ప్రేరక చర్యలు ఇండక్షన్ పీరియడ్‌ను కలిగి ఉంటాయి.

సహకార ఉత్ప్రేరక చర్యలో (cooperative catalysis), ఉత్ప్రేరక చర్యను మెరుగుపరిచే రసాయన జాతులను కోక్యాటలిస్ట్‌లు లేదా ప్రమోటర్లు అని పిలుస్తారు.

టెండమ్ ఉత్ప్రేరక చర్యలో రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ విభిన్న ఉత్ప్రేరకాలు ఒకే-పాట్ చర్యలో జత చేయబడతాయి.

ఆటోక్యాటలిసిస్‌లో, ఉత్ప్రేరకం మొత్తం చర్య యొక్క ఉత్పత్తి, ఈ వ్యాసంలో పరిగణించబడే అన్ని ఇతర రకాల ఉత్ప్రేరక చర్యలకు భిన్నంగా ఉంటుంది. ఆటోక్యాటలిసిస్‌కు సరళమైన ఉదాహరణ A + B → 2 B రకానికి చెందిన చర్య, ఒకటి లేదా అనేక దశల్లో. మొత్తం చర్య కేవలం A → B, కాబట్టి B ఒక ఉత్పత్తి. కానీ B కూడా రియాక్టెంట్ కాబట్టి, అది రేటు సమీకరణంలో ఉండవచ్చు మరియు చర్య రేటును ప్రభావితం చేయవచ్చు. చర్య కొనసాగుతున్నప్పుడు, B యొక్క సాంద్రత పెరుగుతుంది మరియు ఉత్ప్రేరకం వలె చర్యను వేగవంతం చేయగలదు. ప్రభావవంతంగా, చర్య తనను తాను వేగవంతం చేసుకుంటుంది లేదా ఆటోక్యాటలైజ్ చేయబడుతుంది. ఆస్పిరిన్ వంటి ఎస్టర్ యొక్క హైడ్రోలిసిస్ కార్బాక్సిలిక్ యాసిడ్ మరియు ఆల్కహాల్‌గా మారడం ఒక ఉదాహరణ. అదనపు యాసిడ్ ఉత్ప్రేరకాలు లేనప్పుడు, కార్బాక్సిలిక్ యాసిడ్ ఉత్పత్తి హైడ్రోలిసిస్‌ను ఉత్ప్రేరకపరుస్తుంది.

స్విచ్ చేయగల ఉత్ప్రేరక చర్య (switchable catalysis) అనేది ఒక రకమైన ఉత్ప్రేరక చర్యను సూచిస్తుంది, ఇక్కడ ఉత్ప్రేరకాన్ని బాహ్య ఉద్దీపనను వర్తింపజేయడం ద్వారా విభిన్న రియాక్టివిటీని కలిగి ఉన్న వివిధ గ్రౌండ్ స్టేట్‌ల మధ్య మార్చవచ్చు.[18] ఉత్ప్రేరకాన్ని రివర్సిబుల్‌గా మార్చగల ఈ సామర్థ్యం ఉత్ప్రేరక చర్య మరియు ఎంపికపై స్పేషియోటెంపోరల్ నియంత్రణను అనుమతిస్తుంది. ఉత్ప్రేరకాన్ని మార్చడానికి ఉపయోగించే బాహ్య ఉద్దీపనలలో ఉష్ణోగ్రత, pH, కాంతి,[19] విద్యుత్ క్షేత్రాలు లేదా రసాయన ఏజెంట్ల జోడింపు ఉండవచ్చు.

ఒక నిజమైన ఉత్ప్రేరకం సాక్రిఫిషియల్ ఉత్ప్రేరకంతో కలిసి పనిచేయగలదు. నిజమైన ఉత్ప్రేరకం ప్రాథమిక చర్యలో వినియోగించబడుతుంది మరియు డీయాక్టివేట్ చేయబడిన రూపంలోకి మారుతుంది. సాక్రిఫిషియల్ ఉత్ప్రేరకం మరొక చక్రం కోసం నిజమైన ఉత్ప్రేరకాన్ని పునరుత్పత్తి చేస్తుంది. సాక్రిఫిషియల్ ఉత్ప్రేరకం చర్యలో వినియోగించబడుతుంది, మరియు అందువల్ల, ఇది నిజంగా ఉత్ప్రేరకం కాదు, కానీ ఒక రియాజెంట్. ఉదాహరణకు, osmium tetroxide (OsO4) డైహైడ్రాక్సిలేషన్ కోసం మంచి రియాజెంట్, కానీ ఇది చాలా విషపూరితమైనది మరియు ఖరీదైనది. Upjohn dihydroxylationలో, సాక్రిఫిషియల్ ఉత్ప్రేరకం N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) OsO4ని పునరుత్పత్తి చేస్తుంది, మరియు OsO4 యొక్క ఉత్ప్రేరక పరిమాణాలు మాత్రమే అవసరమవుతాయి.

వర్గీకరణ

ఉత్ప్రేరక చర్యను సజాతీయ లేదా విజాతీయ అని వర్గీకరించవచ్చు. సజాతీయ ఉత్ప్రేరక చర్య అనేది రియాక్టెంట్ అణువుల వలె అదే దశలో (సాధారణంగా వాయువు లేదా ద్రవం) భాగాలు చెల్లాచెదురుగా ఉంటాయి. విజాతీయ ఉత్ప్రేరక చర్య అనేది చర్య భాగాలు ఒకే దశలో ఉండవు. ఎంజైమ్‌లు మరియు ఇతర బయోక్యాటలిస్ట్‌లను తరచుగా మూడవ వర్గంగా పరిగణిస్తారు. విజాతీయ, సజాతీయ మరియు బయోక్యాటలిసిస్‌కు సారూప్య యంత్రాంగ సూత్రాలు వర్తిస్తాయి.

విజాతీయ ఉత్ప్రేరక చర్య

ప్రధాన వ్యాసం: Heterogeneous catalysis

విజాతీయ ఉత్ప్రేరకాలు రియాక్టెంట్ల కంటే భిన్నమైన దశలో పనిచేస్తాయి. చాలా విజాతీయ ఉత్ప్రేరకాలు ద్రవ లేదా వాయు చర్య మిశ్రమంలో సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై పనిచేసే ఘనపదార్థాలు. ముఖ్యమైన విజాతీయ ఉత్ప్రేరకాలలో జియోలైట్‌లు, అల్యూమినా,[20] ఉన్నత-క్రమ ఆక్సైడ్లు, గ్రాఫిటిక్ కార్బన్, ట్రాన్సిషన్ మెటల్ ఆక్సైడ్లు, హైడ్రోజనేషన్ కోసం రానీ నికెల్ వంటి లోహాలు మరియు కాంటాక్ట్ ప్రాసెస్ ద్వారా సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ను సల్ఫర్ ట్రైయాక్సైడ్గా ఆక్సీకరణం చేయడానికి వనాడియం(V) ఆక్సైడ్ ఉన్నాయి.[21]

ఉపరితలాలపై చర్యల కోసం విభిన్న యంత్రాంగాలు తెలుసు, అడ్సోర్ప్షన్ ఎలా జరుగుతుందనే దానిపై ఆధారపడి (లాంగ్‌ముయిర్-హిన్షెల్‌వుడ్, ఎలీ-రైడల్, మరియు మార్స్-వాన్ క్రెవెలెన్).[22] ఘనపదార్థం యొక్క మొత్తం ఉపరితల వైశాల్యం చర్య రేటుపై ముఖ్యమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. ఉత్ప్రేరక కణ పరిమాణం ఎంత చిన్నదైతే, కణాల ద్రవ్యరాశికి ఉపరితల వైశాల్యం అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది.

ఒక విజాతీయ ఉత్ప్రేరకం యాక్టివ్ సైట్‌లను కలిగి ఉంటుంది, ఇవి సబ్‌స్ట్రేట్ నిజంగా బంధించే పరమాణువులు లేదా క్రిస్టల్ ముఖాలు. యాక్టివ్ సైట్‌లు పరమాణువులు కానీ తరచుగా ఘనపదార్థం యొక్క ఫాసెట్ (అంచు, ఉపరితలం, మెట్టు, మొదలైనవి) గా వర్ణించబడతాయి. విజాతీయ ఉత్ప్రేరకం యొక్క చాలా పరిమాణం కానీ చాలా ఉపరితలం ఉత్ప్రేరకపరంగా నిష్క్రియంగా ఉండవచ్చు. యాక్టివ్ సైట్ యొక్క స్వభావాన్ని కనుగొనడం సాంకేతికంగా సవాలుతో కూడుకున్నది.

ఉదాహరణకు, నైట్రోజన్ మరియు హైడ్రోజన్ నుండి అమ్మోనియా సంశ్లేషణ కోసం హేబర్ ప్రక్రియ కోసం ఉత్ప్రేరకం తరచుగా ఇనుముగా వర్ణించబడుతుంది. కానీ వివరణాత్మక అధ్యయనాలు మరియు అనేక ఆప్టిమైజేషన్లు ఇనుము-పొటాషియం-కాల్షియం-అల్యూమినియం-ఆక్సైడ్ మిశ్రమాలైన ఉత్ప్రేరకాలకు దారితీశాయి.[23] చర్య జరిపే వాయువులు ఇనుము కణాలపై ఉన్న యాక్టివ్ సైట్‌లపై అడ్సోర్బ్ అవుతాయి. భౌతికంగా అడ్సోర్బ్ అయిన తర్వాత, రియాజెంట్లు పాక్షికంగా లేదా పూర్తిగా విడిపోయి కొత్త బంధాలను ఏర్పరుస్తాయి. ఈ విధంగా నైట్రోజన్‌లోని ప్రత్యేకంగా బలమైన ట్రిపుల్ బాండ్ విచ్ఛిన్నమవుతుంది, ఇది దాని అధిక యాక్టివేషన్ ఎనర్జీ కారణంగా వాయు దశలో చాలా అసాధారణంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, మొత్తం చర్య యొక్క యాక్టివేషన్ ఎనర్జీ తగ్గించబడుతుంది మరియు చర్య రేటు పెరుగుతుంది.[24] విజాతీయ ఉత్ప్రేరకం వర్తించే మరొక చోటు సల్ఫ్యూరిక్ యాసిడ్ ఉత్పత్తి కోసం వనాడియం(V) ఆక్సైడ్పై సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ ఆక్సీకరణం.[21] అనేక విజాతీయ ఉత్ప్రేరకాలు నిజానికి నానోమెటీరియల్స్.

విజాతీయ ఉత్ప్రేరకాలు సాధారణంగా "సపోర్టెడ్" చేయబడతాయి, అంటే ఉత్ప్రేరకం సామర్థ్యాన్ని పెంచే లేదా దాని ఖర్చును తగ్గించే రెండవ పదార్థంపై చెల్లాచెదురుగా ఉంటుంది. సపోర్ట్‌లు చిన్న ఉత్ప్రేరక కణాల అగ్లోమెరేషన్ మరియు సింటరింగ్‌ను నిరోధిస్తాయి లేదా తగ్గిస్తాయి, ఎక్కువ ఉపరితల వైశాల్యాన్ని బహిర్గతం చేస్తాయి, తద్వారా ఉత్ప్రేరకాలు సపోర్ట్‌పై అధిక నిర్దిష్ట చర్యను (గ్రాముకు) కలిగి ఉంటాయి. కొన్నిసార్లు సపోర్ట్ అనేది కేవలం ఉపరితలం, దీనిపై ఉపరితల వైశాల్యాన్ని పెంచడానికి ఉత్ప్రేరకం విస్తరించబడుతుంది. తరచుగా, సపోర్ట్ మరియు ఉత్ప్రేరకం పరస్పరం చర్య జరుపుతాయి, ఉత్ప్రేరక చర్యను ప్రభావితం చేస్తాయి. ఉత్ప్రేరకం యొక్క వ్యక్తిగత అణువులు రసాయనికంగా బంధించడానికి సైట్‌లను అందించడం ద్వారా నానోపార్టికల్ సంశ్లేషణలో కూడా సపోర్ట్‌లను ఉపయోగించవచ్చు. సపోర్ట్‌లు అధిక ఉపరితల వైశాల్యం కలిగిన పోరస్ పదార్థాలు, సాధారణంగా అల్యూమినా, జియోలైట్‌లు, లేదా వివిధ రకాల యాక్టివేటెడ్ కార్బన్. ప్రత్యేక సపోర్ట్‌లలో సిలికాన్ డయాక్సైడ్, టిటానియం డయాక్సైడ్, కాల్షియం కార్బోనేట్ మరియు బేరియం సల్ఫేట్ ఉన్నాయి.[25]

ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లు

ప్రధాన వ్యాసం: Electrocatalyst ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ సందర్భంలో, ప్రత్యేకంగా ఫ్యూయల్ సెల్ ఇంజనీరింగ్‌లో, ఫ్యూయల్ సెల్‌ను కలిగి ఉన్న హాఫ్ రియాక్షన్ల రేట్లను పెంచడానికి వివిధ లోహ-కలిగిన ఉత్ప్రేరకాలను ఉపయోగిస్తారు. ఒక సాధారణ రకమైన ఫ్యూయల్ సెల్ ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్ కొంచెం పెద్ద కార్బన్ కణాలపై సపోర్ట్ చేయబడిన ప్లాటినం యొక్క నానోపార్టికల్స్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఫ్యూయల్ సెల్‌లోని ఎలక్ట్రోడ్‌లలో ఒకదానితో సంబంధంలో ఉన్నప్పుడు, ఈ ప్లాటినం ఆక్సిజన్ తగ్గింపు రేటును నీరు లేదా హైడ్రాక్సైడ్ లేదా హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్గా పెంచుతుంది.

సజాతీయ ఉత్ప్రేరక చర్య

ప్రధాన వ్యాసం: Homogeneous catalysis సజాతీయ ఉత్ప్రేరకాలు రియాక్టెంట్ల వలె అదే దశలో పనిచేస్తాయి. సాధారణంగా సజాతీయ ఉత్ప్రేరకాలు సబ్‌స్ట్రేట్‌లతో ద్రావణిలో కరిగిపోతాయి. సజాతీయ ఉత్ప్రేరక చర్యకు ఒక ఉదాహరణ ఎసిటిక్ యాసిడ్ మరియు మిథనాల్ నుండి మిథైల్ ఎసిటేట్ ఏర్పడటం వంటి కార్బాక్సిలిక్ యాసిడ్ల ఎస్టెరిఫికేషన్పై H+ ప్రభావం.[26] సజాతీయ ఉత్ప్రేరకం అవసరమయ్యే అధిక-వాల్యూమ్ ప్రక్రియలలో hydroformylation, hydrosilylation, hydrocyanation ఉన్నాయి. అకర్బన రసాయన శాస్త్రవేత్తల కోసం, సజాతీయ ఉత్ప్రేరక చర్య తరచుగా ఆర్గానోమెటాలిక్ ఉత్ప్రేరకాలకు పర్యాయపదంగా ఉంటుంది.[27] అనేక సజాతీయ ఉత్ప్రేరకాలు ఆర్గానోమెటాలిక్ కావు, p-జైలీన్ నుండి టెరెఫ్తాలిక్ యాసిడ్ ఆక్సీకరణను ఉత్ప్రేరకపరిచే కోబాల్ట్ లవణాల ఉపయోగం ద్వారా ఇది వివరించబడింది.

ఆర్గానోక్యాటలిసిస్

ప్రధాన వ్యాసం: Organocatalysis

ట్రాన్సిషన్ మెటల్స్ కొన్నిసార్లు ఉత్ప్రేరక చర్య అధ్యయనంలో ఎక్కువ దృష్టిని ఆకర్షిస్తాయి, లోహాలు లేని చిన్న సేంద్రీయ అణువులు కూడా ఉత్ప్రేరక లక్షణాలను ప్రదర్శించగలవు, అనేక ఎంజైమ్‌లలో ట్రాన్సిషన్ మెటల్స్ లేవనే వాస్తవం నుండి ఇది స్పష్టమవుతుంది. సాధారణంగా, సేంద్రీయ ఉత్ప్రేరకాలకు ట్రాన్సిషన్ మెటల్(-అయాన్)-ఆధారిత ఉత్ప్రేరకాల కంటే ఎక్కువ లోడింగ్ (రియాక్టెంట్ యొక్క యూనిట్ మొత్తానికి ఉత్ప్రేరకం మొత్తం, mol%లో వ్యక్తీకరించబడింది) అవసరం, కానీ ఈ ఉత్ప్రేరకాలు సాధారణంగా బల్క్‌లో వాణిజ్యపరంగా అందుబాటులో ఉంటాయి, ఖర్చులను తగ్గించడంలో సహాయపడతాయి. 2000ల ప్రారంభంలో, ఈ ఆర్గానోక్యాటలిస్ట్‌లను "కొత్త తరం"గా పరిగణించారు మరియు సాంప్రదాయ లోహ(-అయాన్)-కలిగిన ఉత్ప్రేరకాలకు పోటీగా ఉన్నాయి.

ఆర్గానోక్యాటలిస్ట్‌లు లోహ రహిత ఎంజైమ్‌ల వలె పనిచేస్తాయని భావించబడుతున్నాయి, ఉదాహరణకు, హైడ్రోజన్ బాండింగ్ వంటి నాన్-కోవాలెంట్ పరస్పర చర్యలను ఉపయోగించుకుంటాయి. ఆర్గానోక్యాటలిసిస్ విభాగం కోవలెంట్ (ఉదా., ప్రోలిన్, DMAP) మరియు నాన్-కోవాలెంట్ (ఉదా., థియోయూరియా ఆర్గానోక్యాటలిసిస్) ఆర్గానోక్యాటలిస్ట్‌ల అప్లికేషన్‌గా విభజించబడింది, ఇది వరుసగా ఇష్టపడే ఉత్ప్రేరకం-సబ్‌స్ట్రేట్ బంధం మరియు పరస్పర చర్యను సూచిస్తుంది. 2021 రసాయన శాస్త్ర నోబెల్ బహుమతి బెంజమిన్ లిస్ట్ మరియు డేవిడ్ డబ్ల్యూ.సి. మాక్‌మిలన్‌లకు "అసిమెట్రిక్ ఆర్గానోక్యాటలిసిస్ అభివృద్ధికి" సంయుక్తంగా అందించబడింది.[28]

ఫోటోక్యాటలిస్ట్‌లు

ప్రధాన వ్యాసం: Photocatalysis ఫోటోక్యాటలిసిస్ అనేది ఉత్ప్రేరకం రెడాక్స్ చర్యలను ప్రభావితం చేసే ఎక్సైటెడ్ స్టేట్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి కాంతిని అందుకోగల దృగ్విషయం.[29] సింగిల్ ఆక్సిజన్ సాధారణంగా ఫోటోక్యాటలిసిస్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది. ఫోటోక్యాటలిస్ట్‌లు డై-సెన్సిటైజ్డ్ సోలార్ సెల్స్ యొక్క భాగాలు. నానోఫోటోక్యాటలిసిస్ అనేది నానోస్కేల్‌లో ఫోటోక్యాటలిసిస్ యొక్క ప్రత్యేకత.

ఎంజైమ్‌లు మరియు బయోక్యాటలిస్ట్‌లు

ప్రధాన వ్యాసం: Enzyme catalysis

జీవశాస్త్రంలో, ఎంజైమ్‌లు జీవక్రియ మరియు కాటబాలిజంలో ప్రోటీన్-ఆధారిత ఉత్ప్రేరకాలు. చాలా బయోక్యాటలిస్ట్‌లు ఎంజైమ్‌లు, కానీ ఇతర ప్రోటీన్-యేతర బయోమాలిక్యూల్స్ తరగతులు కూడా రైబోజైమ్‌లు మరియు సింథటిక్ డియోక్సిరైబోజైమ్‌లతో సహా ఉత్ప్రేరక లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తాయి.[30]

బయోక్యాటలిస్ట్‌లను సజాతీయ మరియు విజాతీయ ఉత్ప్రేరకాల మధ్య మధ్యంతరంగా భావించవచ్చు, అయినప్పటికీ ఖచ్చితంగా చెప్పాలంటే కరిగే ఎంజైమ్‌లు సజాతీయ ఉత్ప్రేరకాలు మరియు మెంబ్రేన్-బంధిత ఎంజైమ్‌లు విజాతీయ ఉత్ప్రేరకాలు. ఉష్ణోగ్రత, pH, ఎంజైమ్‌ల సాంద్రత, సబ్‌స్ట్రేట్ మరియు ఉత్పత్తులతో సహా ఎంజైమ్‌ల (మరియు ఇతర ఉత్ప్రేరకాల) చర్యను అనేక అంశాలు ప్రభావితం చేస్తాయి. ఎంజైమాటిక్ చర్యలలో ముఖ్యమైన రియాజెంట్ నీరు, ఇది అనేక బంధ-ఏర్పడే చర్యల ఉత్పత్తి మరియు అనేక బంధ-విచ్ఛిన్న ప్రక్రియలలో రియాజెంట్.

బయోక్యాటలిసిస్‌లో, హై-ఫ్రక్టోజ్ కార్న్ సిరప్ మరియు అక్రిలామైడ్తో సహా అనేక కమోడిటీ రసాయనాలను తయారు చేయడానికి ఎంజైమ్‌లను ఉపయోగిస్తారు.

కొన్ని మోనోక్లోనల్ యాంటీబాడీలు, వీటి బంధిత లక్ష్యం రసాయన చర్య యొక్క ట్రాన్సిషన్ స్టేట్‌ను పోలి ఉండే స్థిరమైన అణువు, దాని యాక్టివేషన్ ఎనర్జీని తగ్గించడం ద్వారా ఆ రసాయన చర్య కోసం బలహీనమైన ఉత్ప్రేరకాలుగా పనిచేయగలవు.[31] ఇటువంటి ఉత్ప్రేరక యాంటీబాడీలను కొన్నిసార్లు "అబ్జైమ్‌లు" అని పిలుస్తారు.

ప్రాముఖ్యత

[32]

వాణిజ్యపరంగా ఉత్పత్తి చేయబడిన అన్ని రసాయన ఉత్పత్తులలో 90% వాటి తయారీ ప్రక్రియలో ఏదో ఒక దశలో ఉత్ప్రేరకాలను కలిగి ఉంటాయని అంచనా. 2005లో, ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియలు ప్రపంచవ్యాప్తంగా సుమారు $900 బిలియన్ల విలువైన ఉత్పత్తులను సృష్టించాయి.[33] ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియ (Catalysis) ఎంత విస్తృతమైనదంటే, దీనిలోని ఉప-విభాగాలను సులభంగా వర్గీకరించలేము. ప్రత్యేక దృష్టి సారించిన కొన్ని ప్రాంతాలను క్రింద వివరించడమైనది.

శక్తి శుద్ధి (Energy processing)

పెట్రోలియం శుద్ధి ప్రక్రియలో ఆల్కైలేషన్, ఉత్ప్రేరక క్రాకింగ్ (దీర్ఘ-గొలుసు హైడ్రోకార్బన్‌లను చిన్న ముక్కలుగా విడగొట్టడం), నాఫ్తా రిఫార్మింగ్ మరియు స్టీమ్ రిఫార్మింగ్ (హైడ్రోకార్బన్‌లను సింథసిస్ గ్యాస్గా మార్చడం) కోసం ఉత్ప్రేరకాలను విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు. శిలాజ ఇంధనాల దహనం నుండి వెలువడే వ్యర్థాలను కూడా ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియ ద్వారా శుద్ధి చేస్తారు: సాధారణంగా ప్లాటినం మరియు రోడియంలతో కూడిన ఉత్ప్రేరక కన్వర్టర్లు (Catalytic converters), ఆటోమొబైల్ ఎగ్జాస్ట్ నుండి వచ్చే కొన్ని హానికరమైన ఉప-ఉత్పత్తులను విచ్ఛిన్నం చేస్తాయి.

2 CO + 2 NO → 2 CO2 + N2

సింథటిక్ ఇంధనాల విషయానికి వస్తే, సింథసిస్ గ్యాస్ నుండి హైడ్రోకార్బన్‌లను తయారు చేసే ఫిషర్-ట్రోప్ష్ సింథసిస్ ఒక పాత కానీ ముఖ్యమైన ప్రక్రియ. ఇది స్వయంగా ఇనుమును ఉత్ప్రేరకంగా ఉపయోగించే వాటర్ గ్యాస్ షిఫ్ట్ రియాక్షన్ ద్వారా ప్రాసెస్ చేయబడుతుంది. సబాటియర్ రియాక్షన్ కార్బన్ డయాక్సైడ్ మరియు హైడ్రోజన్ నుండి మీథేన్ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. బయోడీజిల్ మరియు సంబంధిత బయో ఇంధనాలకు అకర్బన మరియు జీవ ఉత్ప్రేరకాలు (biocatalysts) రెండింటి ద్వారా ప్రాసెసింగ్ అవసరం.

ఫ్యూయల్ సెల్లు ఆనోడిక్ మరియు కాథోడిక్ ప్రతిచర్యలు రెండింటికీ ఉత్ప్రేరకాలపై ఆధారపడతాయి.

ఉత్ప్రేరక హీటర్లు దహనశీల ఇంధన సరఫరా నుండి మంటలేని వేడిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి.

బల్క్ రసాయనాలు

అతిపెద్ద స్థాయిలో ఉత్పత్తి చేయబడే కొన్ని రసాయనాలు ఉత్ప్రేరక ఆక్సీకరణ ద్వారా, తరచుగా ఆక్సిజన్ ఉపయోగించి ఉత్పత్తి చేయబడతాయి. ఉదాహరణలలో నైట్రిక్ యాసిడ్ (అమ్మోనియా నుండి), సల్ఫ్యూరిక్ యాసిడ్ (కాంటాక్ట్ ప్రాసెస్ ద్వారా సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ నుండి సల్ఫర్ ట్రయాక్సైడ్ వరకు), p-జైలీన్ నుండి టెరెఫ్తాలిక్ యాసిడ్, ప్రొపైలిన్ లేదా ప్రొపేన్ నుండి ఎక్రిలిక్ యాసిడ్ మరియు ప్రొపేన్ మరియు అమ్మోనియా నుండి ఎక్రిలోనిట్రైల్ ఉన్నాయి.[22]

అమ్మోనియా ఉత్పత్తి అతిపెద్ద మరియు అత్యంత శక్తి-తీవ్రమైన ప్రక్రియలలో ఒకటి. హేబర్ ప్రాసెస్లో నైట్రోజన్, ఐరన్ ఆక్సైడ్ ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో హైడ్రోజన్‌తో కలుపబడుతుంది.[34] మీథనాల్ను కార్బన్ మోనాక్సైడ్ లేదా కార్బన్ డయాక్సైడ్ నుండి కాపర్-జింక్ ఉత్ప్రేరకాలను ఉపయోగించి తయారు చేస్తారు.

ఎథిలీన్ మరియు ప్రొపైలిన్ నుండి పొందిన బల్క్ పాలిమర్‌లను తరచుగా జీగ్లర్-నట్టా ఉత్ప్రేరకం ఉపయోగించి తయారు చేస్తారు. పాలిస్టర్లు, పాలిమైడ్లు మరియు ఐసోసైనేట్లు ఆమ్ల-క్షార ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియ (acid–base catalysis) ద్వారా ఉద్భవిస్తాయి.

చాలా కార్బోనైలేషన్ ప్రక్రియలకు లోహ ఉత్ప్రేరకాలు అవసరం, ఉదాహరణలలో మోన్సాంటో ఎసిటిక్ యాసిడ్ ప్రాసెస్ మరియు హైడ్రోఫార్మిలేషన్ ఉన్నాయి.

ఫైన్ కెమికల్స్

అనేక ఫైన్ కెమికల్స్ ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియ ద్వారా తయారు చేయబడతాయి; పద్ధతులలో భారీ పరిశ్రమల పద్ధతులతో పాటు, పెద్ద ఎత్తున ఖరీదైనవిగా ఉండే ప్రత్యేక ప్రక్రియలు కూడా ఉన్నాయి. ఉదాహరణలలో హెక్ రియాక్షన్ మరియు ఫ్రీడెల్-క్రాఫ్ట్స్ రియాక్షన్లు ఉన్నాయి. చాలా బయోయాక్టివ్ సమ్మేళనాలు కైరల్ కాబట్టి, అనేక ఔషధాలను ఎనాంటియోసెలెక్టివ్ ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియ (ఉత్ప్రేరక అసిమెట్రిక్ సింథసిస్) ద్వారా ఉత్పత్తి చేస్తారు. యాంటీ బాక్టీరియల్ లెవోఫ్లోక్సాసిన్కు పూర్వగామి అయిన (R)-1,2-ప్రొపాండియోల్‌ను, నోయోరి అసిమెట్రిక్ హైడ్రోజనేషన్లో BINAP-రుథీనియం కాంప్లెక్స్‌ల ఆధారిత ఉత్ప్రేరకాలను ఉపయోగించి సమర్థవంతంగా సంశ్లేషణ చేయవచ్చు:[35]

ఆహార శుద్ధి

ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియ యొక్క అత్యంత స్పష్టమైన అనువర్తనాల్లో ఒకటి మార్జరిన్ను ఉత్పత్తి చేయడానికి నికెల్ ఉత్ప్రేరకాన్ని ఉపయోగించి కొవ్వుల హైడ్రోజనేషన్ (హైడ్రోజన్ వాయువుతో ప్రతిచర్య).[36] అనేక ఇతర ఆహార పదార్థాలు బయోక్యాటలిసిస్ (క్రింద చూడండి) ద్వారా తయారు చేయబడతాయి.

పర్యావరణం

ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియ పారిశ్రామిక ప్రక్రియల సామర్థ్యాన్ని పెంచడం ద్వారా పర్యావరణంపై ప్రభావం చూపుతుంది, కానీ ఇది పర్యావరణంలో ప్రత్యక్ష పాత్రను కూడా పోషిస్తుంది. ఓజోన్ విచ్ఛిన్నంలో క్లోరిన్ ఫ్రీ రాడికల్ల ఉత్ప్రేరక పాత్ర ఒక ముఖ్యమైన ఉదాహరణ. ఈ రాడికల్స్ క్లోరోఫ్లోరోకార్బన్ల (CFCs)పై అల్ట్రావైలెట్ రేడియేషన్ చర్య ద్వారా ఏర్పడతాయి.

Cl* + O3 → ClO* + O2
ClO* + O** → Cl* + O2

చరిత్ర

"ఉత్ప్రేరకం" (catalyst) అనే పదం, ఒక ప్రక్రియ యొక్క వేగాన్ని పెంచే ఏదైనా పదార్థంగా విస్తృతంగా నిర్వచించబడింది, ఇది గ్రీకు భాష καταλύειν నుండి ఉద్భవించింది, దీని అర్థం "రద్దు చేయడం", లేదా "విడదీయడం", లేదా "ఎత్తడం". ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియ యొక్క భావనను రసాయన శాస్త్రవేత్త ఎలిజబెత్ ఫుల్‌హామ్ కనుగొన్నారు మరియు 1794 నాటి పుస్తకంలో వివరించారు, ఇది ఆక్సీకరణ-క్షయకరణ ప్రతిచర్యలలో ఆమె చేసిన నూతన పరిశోధనపై ఆధారపడి ఉంది.[7][8][37] ఆర్గానిక్ కెమిస్ట్రీలో ఉత్ప్రేరకాన్ని ఉపయోగించిన మొదటి రసాయన ప్రతిచర్యను 1811లో గాట్లీబ్ కిర్చోఫ్ అధ్యయనం చేశారు, ఆయన పిండి పదార్ధాన్ని గ్లూకోజ్‌గా మార్చే ఆమ్ల-ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియను కనుగొన్నారు. కెటాలిసిస్ (catalysis) అనే పదాన్ని తర్వాత 1835లో జాన్స్ జాకబ్ బెర్జెలియస్ ఉపయోగించారు[38] ప్రతిచర్య తర్వాత మారకుండా ఉండే పదార్థాల ద్వారా వేగవంతం చేయబడిన ప్రతిచర్యలను వివరించడానికి. బెర్జెలియస్ కంటే ముందున్న ఎలిజబెత్ ఫుల్‌హామ్, తన క్షయకరణ ప్రయోగాలలో లోహాలకు బదులుగా నీటితో పనిచేశారు. ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియలో పనిచేసిన ఇతర 18వ శతాబ్దపు రసాయన శాస్త్రవేత్తలలో ఐల్‌హార్డ్ మిట్షెర్లిచ్[39] ఉన్నారు, ఆయన దీనిని కాంటాక్ట్ ప్రక్రియలు అని పిలిచారు, మరియు జోహాన్ వోల్ఫ్‌గ్యాంగ్ డోబెరీనర్[40][41] కాంటాక్ట్ యాక్షన్ గురించి మాట్లాడారు. ఆయన డోబెరీనర్ ల్యాంప్ను అభివృద్ధి చేశారు, ఇది హైడ్రోజన్ మరియు ప్లాటినం స్పాంజ్ ఆధారిత లైటర్, ఇది 1820లలో వాణిజ్యపరంగా విజయం సాధించింది. హంఫ్రీ డేవీ ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియలో ప్లాటినం వాడకాన్ని కనుగొన్నారు.[42] 1880లలో, లీప్‌జిగ్ విశ్వవిద్యాలయంలో విల్హెల్మ్ ఓస్ట్వాల్డ్ ఆమ్లాలు మరియు క్షారాల సమక్షంలో ఉత్ప్రేరకమయ్యే ప్రతిచర్యలపై క్రమబద్ధమైన పరిశోధనను ప్రారంభించారు, మరియు రసాయన ప్రతిచర్యలు పరిమిత రేట్లలో జరుగుతాయని, ఈ రేట్లను ఆమ్లాలు మరియు క్షారాల బలాన్ని నిర్ణయించడానికి ఉపయోగించవచ్చని కనుగొన్నారు. ఈ పనికి, ఓస్ట్వాల్డ్‌కు 1909లో కెమిస్ట్రీలో నోబెల్ బహుమతి లభించింది.[43] వ్లాదిమిర్ ఇపాటిఫ్ ఒలిగోమెరైజేషన్ ఆవిష్కరణ మరియు వాణిజ్యీకరణ, మరియు హైడ్రోజనేషన్ కోసం ఉత్ప్రేరకాల అభివృద్ధి వంటి కొన్ని ప్రారంభ పారిశ్రామిక స్థాయి ప్రతిచర్యలను నిర్వహించారు.[44]

నిరోధకాలు, విషపూరితాలు మరియు ప్రమోటర్లు

ప్రతిచర్య రేటును తగ్గించే అదనపు పదార్థాన్ని రివర్సిబుల్ అయితే రియాక్షన్ ఇన్హిబిటర్ అని, ఇర్రివర్సిబుల్ అయితే ఉత్ప్రేరక విషపూరితం (catalyst poisons) అని పిలుస్తారు. ప్రమోటర్లు ఉత్ప్రేరక చర్యను పెంచే పదార్థాలు, అయినప్పటికీ అవి స్వయంగా ఉత్ప్రేరకాలు కావు.[45]

నిరోధకాలు ప్రతిచర్య రేటును తగ్గిస్తాయి కాబట్టి వాటిని కొన్నిసార్లు "నెగటివ్ ఉత్ప్రేరకాలు" అని పిలుస్తారు.[46] అయితే, నిరోధకం అనే పదం ప్రాధాన్యత కలిగి ఉంటుంది, ఎందుకంటే అవి అధిక క్రియాశీల శక్తితో ప్రతిచర్య మార్గాన్ని ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా పనిచేయవు; ఇది రేటును తగ్గించదు ఎందుకంటే ప్రతిచర్య ఉత్ప్రేరకం లేని మార్గం ద్వారా కొనసాగుతుంది. బదులుగా, అవి ఉత్ప్రేరకాలను నిష్క్రియం చేయడం ద్వారా లేదా ఫ్రీ రాడికల్స్ వంటి ప్రతిచర్య మధ్యంతరాలను తొలగించడం ద్వారా పనిచేస్తాయి.[46][11] హెటెరోజీనియస్ ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియలో, కోకింగ్ ఉత్ప్రేరకాన్ని నిరోధిస్తుంది, ఇది పాలిమర్ ఉప-ఉత్పత్తులతో కప్పబడిపోతుంది.

నిరోధకం రేటుతో పాటు ఎంపికను (selectivity) కూడా మార్చవచ్చు. ఉదాహరణకు, ఆల్కైన్ల నుండి ఆల్కీన్ల హైడ్రోజనేషన్‌లో, లెడ్(II) ఎసిటేట్ (Pb(CH3CO2)2)తో పాక్షికంగా "విషపూరితం" చేయబడిన పల్లాడియం (Pd) ఉత్ప్రేరకాన్ని ఉపయోగించవచ్చు (లిండ్లార్ ఉత్ప్రేరకం). ఉత్ప్రేరకం నిష్క్రియం కాకపోతే, ఉత్పత్తి చేయబడిన ఆల్కీన్ మరింత హైడ్రోజనేషన్ చెంది ఆల్కేన్గా మారుతుంది.[47][48]

నిరోధకం ఉదాహరణకు, కొన్ని రకాల క్రియాశీల సైట్‌లను మాత్రమే ఎంపిక చేసి విషపూరితం చేయడం ద్వారా ఈ ప్రభావాన్ని ఉత్పత్తి చేయగలదు. మరొక విధానం ఉపరితల జ్యామితి మార్పు. ఉదాహరణకు, హైడ్రోజనేషన్ కార్యకలాపాలలో, లోహ ఉపరితలం యొక్క పెద్ద విమానాలు హైడ్రోజనోలిసిస్ ఉత్ప్రేరక సైట్‌లుగా పనిచేస్తాయి, అయితే అసంతృప్త పదార్థాల హైడ్రోజనేషన్ను ఉత్ప్రేరకపరిచే సైట్‌లు చిన్నవిగా ఉంటాయి. అందువల్ల, ఉపరితలాన్ని యాదృచ్ఛికంగా కప్పే విషం కలుషితం కాని పెద్ద విమానాల సంఖ్యను తగ్గించడానికి ప్రయత్నిస్తుంది కానీ దామాషా ప్రకారం చిన్న సైట్‌లను వదిలివేస్తుంది, తద్వారా హైడ్రోజనేషన్ vs హైడ్రోజనోలిసిస్ ఎంపికను మారుస్తుంది. అనేక ఇతర విధానాలు కూడా సాధ్యమే.

ప్రమోటర్లు కోక్ మ్యాట్ ఉత్పత్తిని నిరోధించడానికి ఉపరితలాన్ని కవర్ చేయగలవు, లేదా అటువంటి పదార్థాన్ని చురుకుగా తొలగించగలవు (ఉదాహరణకు, ప్లాట్‌ఫార్మింగ్లో ప్లాటినంపై రీనియం). అవి ఉత్ప్రేరక పదార్థం యొక్క వ్యాప్తికి సహాయపడతాయి లేదా కారకాలకు బంధించగలవు.

జీవ పరిణామంలో ప్రీబయోటిక్ ఉత్ప్రేరక ప్రక్రియ

జీవం అనేది సమాచార ప్రాసెసింగ్ మరియు జీవ పాలిమర్‌ల ద్వారా నిర్వహించబడే ఉత్ప్రేరక చర్యల మధ్య పరస్పర చర్యపై ఆధారపడి ఉంటుంది.[49] ప్రీబయోటిక్ సమాచార కోడింగ్ పాలిమర్లలో ఉత్ప్రేరక విధుల ఆవిర్భావానికి సాధ్యమయ్యే ఒక పరిణామ మార్గం ప్రతిపాదించబడింది.[49] జీవం ఒక RNA-ప్రోటీన్ వ్యవస్థగా ఉద్భవించిందని, ఇందులో రెండు భాగాలు ఒకదానికొకటి ఏర్పడటాన్ని ఉత్ప్రేరకపరిచాయని కూడా ప్రతిపాదించబడింది.[50]

ప్రస్తావనలు

  1. ↑ Masel, Richard I. (2001). "Chemical Kinetics and Catalysis". Wiley-Interscience. ISBN 0-471-24197-0.
  2. ↑ (1999). "Chemical Kinetics and Dynamics". 147. Prentice Hall. ISBN 0-13-737123-3.
  3. ↑ Lerner, Louise. (2011). 7 things you may not know about catalysis. Argonne National Laboratory.
  4. ↑ (1982). "Physical Chemistry". 425. Benjamin/Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.
  5. ↑ (2023-01-23). Catalytic Surgical Smoke Filtration Unit Reduces Formaldehyde Levels in a Simulated Operating Room Environment. ACS Chemical Health & Safety. 30 (1) 21–28. doi:10.1021/acs.chas.2c00071.
  6. ↑ Catalysis. The Chemistry Department at the University of Oxford.
  7. ↑ 7.0 7.1 (1997). New beer in an old bottle: Eduard Buchner and the growth of biochemical knowledge. 123–126. Universitat de Valencia. ISBN 978-84-370-3328-0.
  8. ↑ 8.0 8.1 (2001). Women in Chemistry: Their Changing Roles from Alchemical Times to the Mid-Twentieth Century. American Chemical Society. ISBN 978-0-8412-3522-9.
  9. ↑ (2005-03-02). Genie in a Bottle. University of Minnesota.
  10. ↑ (May 2023). "Density Functional Theory Study of the Hydrogenation of Carbon Monoxide over the Co (001) Surface: Implications for the Fischer–Tropsch Process". Catalysts. 13 (5) 837. doi:10.3390/catal13050837.
  11. ↑ 11.0 11.1 Laidler, K.J. and Meiser, J.H. (1982) Physical Chemistry, Benjamin/Cummings, p. 425. 0-618-12341-5.
  12. ↑ (1982). "Physical Chemistry". 424–425. Benjamin/Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.
  13. ↑ (2006). "Atkins' Physical Chemistry". 839. W.H.Freeman. ISBN 0-7167-8759-8.
  14. ↑ 14.0 14.1 (1999). "Chemical Kinetics and Dynamics". 147–150. Prentice Hall. ISBN 0-13-737123-3.
  15. ↑ Jacoby, Mitch. (16 February 2009). Making Water Step by Step. Chemical & Engineering News. 10.
  16. ↑ (2009). "Observation of All the Intermediate Steps of a Chemical Reaction on an Oxide Surface by Scanning Tunneling Microscopy". ACS Nano. 3 (3) 517–26. doi:10.1021/nn8008245.
  17. ↑ Robertson, A.J.B. (1970) Catalysis of Gas Reactions by Metals. Logos Press, London.
  18. ↑ (2016). "Dynamic Responsive Systems for Catalytic Function". Chemistry: A European Journal. 22 (48) 17080–17111. doi:10.1002/chem.201602453.
  19. ↑ (May 2024). "Azobenzene-Integrated NHC Ligands: A Versatile Platform for Visible-Light-Switchable Metal Catalysis". Journal of the American Chemical Society. 146 (19) 13210–13225. doi:10.1021/jacs.4c01138.
  20. ↑ (2020-06-23). "Recent developments in alumina supported hydrodesulfurization catalysts for the production of sulfur-free refinery products: A technical review". Catalysis Reviews. 64 (1) 1–86. doi:10.1080/01614940.2020.1780824.
  21. ↑ 21.0 21.1 (2005). "Inorganic Chemistry". 805. Pearson Prentice-Hall. ISBN 0130-39913-2.
  22. ↑ 22.0 22.1 Knözinger, Helmut and Kochloefl, Karl (2002) "Heterogeneous Catalysis and Solid Catalysts" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. 10.1002/14356007.a05_313
  23. ↑ (2006). "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry". ISBN 3-527-30673-0. doi:10.1002/14356007.a02_143.pub2.
  24. ↑ (2013-10-03). Chemistry of Vanadium. Chemistry LibreTexts.
  25. ↑ (2022-02-08). "Complex Nanomaterials in Catalysis for Chemically Significant Applications: From Synthesis and Hydrocarbon Processing to Renewable Energy Applications". Advances in Materials Science and Engineering. 2022. doi:10.1155/2022/1552334.
  26. ↑ Behr, Arno (2002) "Organometallic Compounds and Homogeneous Catalysis" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. 10.1002/14356007.a18_215
  27. ↑ Elschenbroich, C. (2006) Organometallics. Wiley-VCH: Weinheim. 978-3-527-29390-2
  28. ↑ The Nobel Prize in Chemistry 2021. NobelPrize.org.
  29. ↑ (2022). "Introduction: Photochemical Catalytic Processes". Chemical Reviews. 122 (2) 1483–1484. doi:10.1021/acs.chemrev.1c00993.
  30. ↑ Nelson, D.L. and Cox, M.M. (2000) Lehninger, Principles of Biochemistry 3rd Ed. Worth Publishing: New York. 1-57259-153-6.
  31. ↑ Catalytic Antibodies Simply Explained. Documentroot.com (2010-03-06). Retrieved on 2015-11-11.
  32. ↑ (2011). Tunable catalytic tubular micro-pumps operating at low concentrations of hydrogen peroxide. Physical Chemistry Chemical Physics. 13 (21) 10131–35. doi:10.1039/C1CP20542K.
  33. ↑ 1.4.3 Industrial Process Efficiency ఆర్కైవ్ చేసిన కాపీ. climatetechnology.gov
  34. ↑ (2004). "Enriching the Earth: Fritz Haber, Carl Bosch, and the Transformation of World Food Production". MIT. ISBN 978-0-262-69313-4.
  35. ↑ (2018). "The role of the metal-bound N–H functionality in Noyori-type molecular catalysts". Nature Reviews Chemistry. 2 (12) 396–408. doi:10.1038/s41570-018-0049-z.
  36. ↑ Clark, Jim. (October 2013). Types of catalysis. Chemguide.
  37. ↑ Bård Lindström and Lars J. Petterson (2003) "A brief history of catalysis" Cattech, 7 (4) : 130–38.
  38. ↑ Berzelius, J.J. (1835) Årsberättelsen om framsteg i fysik och kemi [Annual report on progress in physics and chemistry]. Stockholm, Sweden: Royal Swedish Academy of Sciences. After reviewing Eilhard Mitscherlich's research on the formation of ether, Berzelius coins the word katalys (catalysis) on p. 245:

    Original: Jag skall derföre, för att begagna en i kemien välkänd härledning, kalla den kroppars katalytiska kraft, sönderdelning genom denna kraft katalys, likasom vi med ordet analys beteckna åtskiljandet af kroppars beståndsdelar medelst den vanliga kemiska frändskapen.

    Translation: I shall, therefore, to employ a well-known derivation in chemistry, call [the catalytic] bodies [i.e., substances] the catalytic force and the decomposition of [other] bodies by this force catalysis, just as we signify by the word analysis the separation of the constituents of bodies by the usual chemical affinities.
  39. ↑ Mitscherlich, E.. (1834). Ueber die Aetherbildung. Annalen der Physik und Chemie. 31 (18) 273–82. doi:10.1002/andp.18341071802.
  40. ↑ Döbereiner. (1822). Glühendes Verbrennen des Alkohols durch verschiedene erhitzte Metalle und Metalloxyde. Journal für Chemie und Physik. 34 91–92.
  41. ↑ Döbereiner. (1823). Neu entdeckte merkwürdige Eigenschaften des Platinsuboxyds, des oxydirten Schwefel-Platins und des metallischen Platinstaubes. Journal für Chemie und Physik. 38 321–26.
  42. ↑ Davy, Humphry. (1817). Some new experiments and observations on the combustion of gaseous mixtures, with an account of a method of preserving a continued light in mixtures of inflammable gases and air without flame. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 107 (107) 77–85. doi:10.1098/rstl.1817.0009.
  43. ↑ Roberts, M.W.. (2000). "Birth of the catalytic concept (1800–1900)". Catalysis Letters. 67 (1) 1–4. doi:10.1023/A:1016622806065.
  44. ↑ (21 August 2018). "Dehydration, Dienes, High Octane, and High Pressures: Contributions from Vladimir Nikolaevich Ipatieff, a Father of Catalysis". ACS Catalysis. 8 (9) 8531–39. doi:10.1021/acscatal.8b02310.
  45. ↑ (2018). A Textbook of Engineering Chemistry. 66. S. Chand Publishing. ISBN 978-93-5283-068-8.
  46. ↑ 46.0 46.1 Laidler, K.J. (1978) Physical Chemistry with Biological Applications, Benjamin/Cummings. pp. 415–17. 0-8053-5680-0.
  47. ↑ Jencks, W.P. (1969) Catalysis in Chemistry and Enzymology McGraw-Hill, New York. 0-07-032305-4
  48. ↑ Bender, Myron L; Komiyama, Makoto and Bergeron, Raymond J (1984) The Bioorganic Chemistry of Enzymatic Catalysis Wiley-Interscience, Hoboken, U.S. 0-471-05991-9
  49. ↑ 49.0 49.1 (March 2024). "Emergence of catalytic function in prebiotic information-coding polymers". eLife. 12. doi:10.7554/eLife.91397.
  50. ↑ (February 2024). "Three Biopolymers and Origin of Life Scenarios". Life. 14 (2) 277. doi:10.3390/life14020277.

బాహ్య లింకులు

catalysis

Catalysis

మూలం: ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Catalysis” వ్యాసానికి అనువాదం. మూల వ్యాసం: https://en.wikipedia.org/wiki/Catalysis ఈ అనువాదం స్వయంచాలకంగా రూపొందించబడింది.

Retrieved from "https://ltrc.sciwiki.in/index.php?title=ఉత్ప్రేరక_చర్య_(Catalysis)&oldid=4011"