Cataliza - fenomenul creșterii vitezei procesului chimic cu ajutorul catalizatorilor.
Catalizatorii sunt substanțe care măresc viteza proceselor chimice fără a schimba nici calitativ (compoziția chimică), nici cantitativ. Catalizatorul poate schimba nu numai viteza procesului chimic, ci și direcția acestuia. În funcție de natura catalizatorului, se formează diferite produse din aceleași substanțe:
Există un fenomen de autocataliză, când catalizatorul este unul dintre produsele de reacție.
Reacțiile catalitice sunt procese în care participă catalizatorii.
Procesele biochimice sunt reacții catalitice în care substanțe specifice - enzime sau enzime - participă ca și catalizatori și, prin urmare, aceste procese sunt numite adesea enzimatice.
În funcție de faza în care este localizat catalizatorul, se disting o cataliză heterogenă și omogenă. În cazul catalizei omogene, catalizatorul și substanțele care participă la reacție formează o singură fază. De exemplu, descompunerea soluției de peroxid de hidrogen în prezența ionilor de cupru (II) drept catalizator:
În cazul catalizei eterogene, catalizatorul se află în sistem sub forma unei faze independente:
Enzimele sunt denumite catalizatori microheterogeni. Microheterogen este un tip de cataliză în care catalizatorul și reactivii sunt într-o stare dispersată coloidală. Dimensiunile particulelor enzimatice sunt apropiate de dimensiunile micelilor soluțiilor coloidale - 1-100 nm. În ceea ce privește substraturile, particulele cărora sunt deseori mult mai mici, catalizatorii sunt eterogeni.
Acțiunea catalizatorului se datorează faptului că reduce energia de activare a reacției. În prezența unui catalizator, reacția trece prin alte etape intermediare decât în absența sa, aceste etape fiind energetic mai accesibile. În prezența unui catalizator apar alte complexe activate; în timp ce formarea lor necesită mai puțină energie decât pentru formarea complexelor activate care apar în absența unui catalizator.
Mecanismele de acțiune ale catalizatorilor sunt extrem de complexe, aproape fiecare catalizator are propriul său mecanism, deși există trăsături comune:
A + B → A → B → AB
Introducem în acest sistem catalizatorul K:
A + K → A. K → AK,
AK + B → AK. B → AB + K
Prezența unui catalizator într-un proces reversibil nu schimbă echilibrul. În acest caz, catalizatorul mărește în mod egal rata reacțiilor directe și inverse.
Există substanțe care, spre deosebire de catalizatori, încetinesc sau încetinesc cursul reacțiilor chimice, sunt inhibitori. Inhibitorii includ: substanțele eliberate de organism și încetinirea dezvoltării indivizilor din una sau din cealaltă specie; Compuși naturali sau sintetici care inhibă activitatea enzimelor sau își opresc complet activitatea; orice reactiv care inhibă orice proces biologic. De exemplu, fenolii ecranați spațial inhibă dezvoltarea tumorilor maligne și urotrofina - coroziunea metalelor. În prezent, sunt cunoscute multe medicamente cunoscute pentru a acționa ca inhibitori.
Substanțele care activează acțiunea catalizatorilor, în special a biocatalizatorilor, se numesc activatori. Unele substanțe încetinesc sau opresc acțiunea catalizatorilor. Acestea sunt inhibitori ai catalizatorului. catalizatori. Există substanțe care restabilește efectul catalizatorilor, - reactoarele de catalizator.
Activarea și inhibarea sunt, de asemenea, evidente în procesele enzimatice. Astfel, prezența impurităților de NaCl în mediul de reacție promovează hidroliza rapidă a amidonului la glucoză prin enzimele de salivă - amilază și maltază. Prezența într-un astfel de mediu, de exemplu, CuS04 inhibă procesul catalitic de digestie a amidonului de către enzimele de salivă, deoarece moleculele lor sunt denaturate și nu are loc hidroliza.
Catalizatorii care acționează în biosisteme sunt specifici. Rolul biocatalizatorilor (enzimelor) este adesea realizat de proteine care conțin ioni metalici (metalenzime) în centrele active. De exemplu, compoziția insulinei este un ion de zinc, iar vitamina B12 este un ion de cobalt (III).