Ključna razlika – homogeni proti heterogenemu katalizatorju
Katalizatorjev je veliko vrst, vendar jih lahko v glavnem razvrstimo v dve skupini: homogeni katalizatorji in heterogeni katalizatorji. Ključna razlika med homogenimi in heterogenimi katalizatorji je v tem, da je homogene katalizatorje vedno mogoče najti v tekoči fazi, medtem ko je heterogene katalizatorje mogoče najti v vseh treh fazah snovi: trdni fazi, tekoči fazi in plinasti fazi.
Katalizatorji so spojine, ki se uporabljajo za doseganje največjega izkoristka v blagih pogojih. To pomeni, da lahko katalizatorji povečajo izkoristek določene reakcije in reakcijo pospešijo.
Kaj je homogeni katalizator?
Homogeni katalizatorji so katalitske spojine, ki so v isti fazi kot snovi, ki gredo v reakcijsko fazo. Ti homogeni katalizatorji so pogosto v tekoči fazi. Rekuperacija homogenih katalizatorjev je sorazmerno težka in draga, saj je katalizator v isti fazi kot reakcijska zmes. To pomeni, da je ločevanje katalizatorja težko. Tudi toplotna stabilnost homogenih katalizatorjev je slaba. Najpogostejši primer za homogene katalizatorje so meta kompleksi.
Slika 01: Delovanje katalizatorjev
Homogeni katalizatorji so učinkovito aktivni pri nizkih temperaturah (manj kot 250◦C). Katalitska aktivnost teh katalizatorjev je zmerna v primerjavi s heterogenimi katalizatorji. Vendar je selektivnost visoka. Recikliranje homogenega katalizatorja je drago, saj je katalitsko obnavljanje težko. Toda modifikacija katalizatorja je enostavna, ker je v tekoči fazi.
Difuzivnost homogenih katalizatorjev je visoka. To je zato, ker so vsi reaktanti in katalizator v isti tekoči fazi in pravilno mešanje vodi do pravilne difuzije katalizatorja po reakcijski zmesi. Homogeni katalizatorji imajo običajno dobro definirana aktivna mesta. To pomeni, da je na površini katalizatorske spojine veliko ustreznih aktivnih mest, na katere so vezani reaktanti, in reakcija poteka na teh aktivnih mestih.
Kaj je heterogeni katalizator?
Heterogeni katalizatorji so katalitske spojine, ki so v fazi, ki se razlikuje od faze reakcijske zmesi. Te katalizatorje lahko najdemo v vseh treh fazah snovi: trdni fazi, tekoči fazi ali plinasti fazi. Katalitska rekuperacija je enostavna in poceni pri heterogenih katalizatorjih, saj je katalizator v drugačni fazi od faze reakcijske zmesi. Pogosti primeri heterogenih katalizatorjev so kovine, kovinski oksidi itd.
Slika 2: Reakcijska zmes je v tekoči fazi, medtem ko je katalizator kovina v trdni fazi
Toplotna stabilnost heterogenih katalizatorjev je v primerjavi s homogenimi katalizatorji zelo dobra. Ti katalizatorji učinkovito delujejo v pogojih visoke temperature, okoli 250-500 ◦C. Katalitska aktivnost je visoka tudi v primerjavi s homogenimi katalizatorji. Vendar pa je selektivnost reaktantov slabša kot pri homogenih katalizatorjih. Aktivna mesta heterogenih katalizatorjev niso dobro definirana. To zmanjša selektivnost.
Difuzivnost heterogenega katalizatorja je slaba, če je površina katalizatorja majhna, saj sta katalizator in reakcijska mešanica v dveh fazah. Toda ločitev katalizatorja je običajno enostavna. Potem je tudi recikliranje katalizatorja enostavno.
Kakšna je razlika med homogenim in heterogenim katalizatorjem?
Homogen proti heterogenemu katalizatorju |
|
| Homogeni katalizatorji so katalitske spojine, ki so v isti fazi kot snovi, ki gredo v reakcijsko fazo. | Heterogeni katalizatorji so katalitske spojine, ki so v drugačni fazi od faze reakcijske zmesi. |
| Faza | |
| Homogene katalizatorje najdemo večinoma v tekoči fazi. | Heterogene katalizatorje lahko najdemo v vseh treh fazah; trdna faza, tekoča faza ali plinasta faza. |
| Toplotna stabilnost | |
| Toplotna stabilnost homogenih katalizatorjev je slaba. | Toplotna stabilnost heterogenih katalizatorjev je dobra. |
| Obnovitev katalizatorja | |
| Regeneracija homogenih katalizatorjev je težavna in draga. | Regeneracija heterogenih katalizatorjev je enostavna in poceni. |
| Aktivno spletno mesto | |
| Aktivno mesto homogenih katalizatorjev je dobro definirano in ima dobro selektivnost. | Aktivno mesto heterogenih katalizatorjev ni dobro definirano in ima slabo selektivnost. |
| Recikliranje katalizatorjev | |
| Recikliranje homogenih katalizatorjev je težko. | Recikliranje heterogenih katalizatorjev je enostavno. |
| Ločevanje katalizatorja | |
| Ločitev homogenega katalizatorja iz reakcijske mešanice je težavna. | Ločitev heterogenega katalizatorja iz reakcijske mešanice je enostavna. |
| Odvisnost od temperature | |
| Homogeni katalizatorji delujejo bolje pri nizkih temperaturah (manj kot 250◦C). | Heterogeni katalizatorji delujejo bolje v pogojih visoke temperature (približno 250 do 500 ◦C). |
| Modifikacija katalizatorja | |
| Modifikacija homogenih katalizatorjev je enostavna. | Modifikacija heterogenih katalizatorjev je težavna. |
Povzetek – Homogeni katalizator proti heterogenemu
Katalizatorji so spojine, ki lahko povečajo reakcijsko hitrost določene reakcije, da zagotovijo optimalen izkoristek v kratkem časovnem obdobju. Obstajata dve glavni vrsti katalizatorjev, imenovani homogeni katalizatorji in heterogeni katalizatorji. Ključna razlika med homogenimi in heterogenimi katalizatorji je, da je homogene katalizatorje vedno mogoče najti v tekoči fazi, medtem ko je heterogene katalizatorje mogoče najti v vseh treh fazah snovi; trdna faza, tekoča faza in plinasta faza.
