การเร่งปฏิกิริยา

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
(เปลี่ยนทางจาก ตัวเร่งปฏิกิริยา)

การเร่งปฏิกิริยา (อังกฤษ: Catalysis) คือ การทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึ้น โดยการใส่วัตถุที่ทำให้ปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลงความเร็วเรียกว่า ตัวเร่ง[1] ซึ่งการเร่งปฏิกิรยาจะไม่มีผลต่อผลิตภัณฑ์เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาเช่น การใส่ยีสต์ในการหมักเหล้าเพื่อเร่งปฏิกิริยา มีทั้งตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมี เช่น โลหะ และตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ เช่น เอนไซม์

ประวัติ[แก้]

ในปี ค.ศ. 1835 เยินส์ ยาคอบ แบร์ซีเลียส (Jon Jacob Berzelius) เสนอคำว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาขึ้นมา โดยให้ความหมายของตัวเร่งปฏิกิริยาว่าเป็นสารที่เติมลงไปในปฏิกิริยาที่ไม่เกิดขึ้นแล้วทำให้ปฏิกิริยานั้นเกิดขึ้นได้ ต่อมาสวาลต์เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยามีบทบาทต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยา จึงเสนอนิยามของตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ว่าเป็นสารที่เปลี่ยนอัตราเร็วของปฏิกิริยาโดยตัวมันเองไม่เปลี่ยนแปลง และจะได้กลับคืนเมื่อปฏิกิริยาสิ้นสุด นอกจากนี้เขายังเสนอว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเปลี่ยนอัตราเร็วของปฏิกิริยาโดยไม่มีผลกระทบกระเทือนต่อตำแหน่งของสมดุล เพราะตัวเร่งปฏิกิริยาจะเร่งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับด้วยอัตราเร็วเท่ากัน เช่น Ni และ Pt เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการขจัดไฮโดรเจน (dehydrogenation) ที่ดี[2]

เปรียบเทียบระหว่างพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาที่มีตัวเร่งปฏิกิริยากับไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา

ชนิด[แก้]

ตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์[แก้]

ตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์เป็นตัวเร่งที่มีสถานะเดียวกันกับตัวทำปฏิกิริยา แต่กลไกในการเร่งแตกต่างกันกับตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ (Heterogeneous catalyst) โดยปกติตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเนื้อเดียวกัน จะเกิดการละลายในตัวทำละลายที่เหมาะสม ตัวอย่างหนึ่งของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเนื้อสารเดียวกันกับตัวทำละลายคือ ไอออนไฮโดรเจน (H+) ในเอสเทอร์ของกรดคาร์โบซีลิก เช่นการทำปฏิกิรยาที่ทำให้เกิดเมทิลอะซีเตต จากกรดแอซีติกและเมทานอล[3]

ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์[แก้]

การเร่งปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นและตัวเร่งมีวัฏภาคต่างกัน เรียกว่า การเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ (heterogeneous catalysis) ปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ส่วนใหญ่นิยมใช้ตัวเร่งที่เป็นของแข็งในการเร่งปฏิกิริยาที่มีสารตั้งต้นที่อยู่ในวัฏภาคแก๊สหรือของเหลว ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยากันที่ผิวของตัวปฏิกิริยาที่สำคัญ ๆ ในอุตสาหกรรมผลิตสารเคมีจะใช้การเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ เช่น การสังเคราะห์แอมโมเนีย การผลิตกรดไนตริก และการผลิตตัวเร่งกำจัดไอเสีย เป็นต้น[4]

ตัวเร่งปฏิกิริยาเอนไซม์[แก้]

ในการเกิดปฏิกิริยาใด ๆ ก็ตาม ต้องอาศัยพลังงานจำนวนหนึ่งเพื่อกระตุ้นให้สารเข้าสู่สภาพเปลี่ยน (Transition state) พลังงานที่เพิ่มเข้าไปนี้เรียกว่า พลังงานกระตุ้น (Activation energy) ซึ่งปฏิกิริยาเคมีทุกชนิดจะต้องผ่านสภาพเปลี่ยนนี้ก่อนที่จะเปลี่ยนไปเป็นผลิตผลของปฏิกิริยา การที่เอนไซม์สามารถเร่งปฏิกิริยาให้เกิดได้เร็วขึ้นเนื่องจาก เอนไซม์จะไปลดระดับพลังงานที่ใช้ในการกระตุ้นให้สารอยู่ในสภาพเปลี่ยน ทาให้สารที่ทาปฏิกิริยาขึ้นไปอยู่ในสภาพเปลี่ยนได้ง่ายขึ้น โอกาสที่จะได้ผลิตผลของปฏิกิริยาจึงมีมากกว่าปฏิกิริยาที่ไม่มีตัวเร่ง แต่พลังงานของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจะไม่เปลี่ยนแปลง[5]

ประโยชน์[แก้]

ตัวเร่งปฏิกิริยามีประโยชน์มากทั้งในชีวิตประจำวันและในกระบวนการอุตสาหกรรม เช่น การย่อยอาหารในร่างกายใช้เอนไซม์หลายชนิดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา การผลิตแอมโมเนียเหล็กเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในกระบวนการเติมไฮโดรเจนแก่สารอินทรีย์ใช้นิกเกิลเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา และในกระบวนการแตกสลายไฮโดรคาร์บอนในการกลั่นน้ำมันใช้ซิลิคอนไดออกไซด์และอะลูมิเนียมออกไซด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อช่วยให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึ้นต้องคำนึงถึงปัจจัยหลายอย่าง เช่น ความปลอดภัย ความยากง่ายในการแยกตัวเร่งปฏิกิริยาออกจากผลิตภัณฑ์ และราคาของตัวเร่งปฏิกิริยา [6]

ดูเพิ่ม[แก้]

อ้างอิง[แก้]

  1. http://goldbook.iupac.org/C00876.html
  2. www.technology.matthey.com/pdf/pmr-v19-i2-064-069.pdf
  3. Arno Behr "Organometallic Compounds and Homogeneous Catalysis" Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a18_215. Article Online Posting Date: June 15, 2000
  4. http://www.il.mahidol.ac.th/
  5. www.ipesp.ac.th/learning/biocheme/html/bt7.pdf
  6. http://share.psu.ac.th/blog/easysci/3705