Explainer: Che cosa è un catalizzatore?

I catalizzatori sono gli eroi non celebrati delle reazioni chimiche che fanno ticchettare la società umana. Un catalizzatore è un materiale che accelera le reazioni chimiche. Con una mano da un catalizzatore, molecole che potrebbero richiedere anni per interagire possono ora farlo in pochi secondi. Le fabbriche si affidano ai catalizzatori per produrre di tutto, dalla plastica ai farmaci. I catalizzatori aiutano a trasformare petrolio e carbone in combustibili liquidi. Sono attori chiave nelle tecnologie per l’energia pulita. I catalizzatori naturali nel corpo — noti come enzimi-svolgono anche ruoli importanti nella digestione e altro ancora.

Durante qualsiasi reazione chimica, le molecole rompono i legami chimici tra i loro atomi. Gli atomi fanno anche nuovi legami con atomi diversi. E ‘ come scambiarsi partner a un ballo di piazza. A volte, quelle partnership sono facili da rompere. Una molecola può avere determinate proprietà che le permettono di attirare via gli atomi da un’altra molecola. Ma in partnership stabili, le molecole sono contenuti come sono. Lasciato insieme per un lungo periodo di tempo, alcuni potrebbero eventualmente cambiare partner. Ma non c’è frenesia di massa di rottura del legame e ricostruzione.

I catalizzatori rendono tale rottura e ricostruzione più efficiente. Lo fanno abbassando l’energia di attivazione per la reazione chimica. L’energia di attivazione è la quantità di energia necessaria per consentire la reazione chimica. Il catalizzatore cambia solo il percorso verso il nuovo partenariato chimico. Costruisce l’equivalente di una strada asfaltata per aggirare una strada sterrata sconnessa. Un catalizzatore non si abitua nella reazione, però. Come una spalla, incoraggia altre molecole a reagire. Una volta che lo fanno, si inchina.

Gli enzimi sono catalizzatori naturali della biologia. Essi svolgono un ruolo in tutto, dalla copia di materiale genetico per abbattere cibo e sostanze nutritive. I produttori spesso creano catalizzatori per accelerare i processi nell’industria.

Una tecnologia che ha bisogno di un catalizzatore per funzionare è una cella a combustibile a idrogeno. In questi dispositivi, il gas idrogeno (H2) reagisce con il gas ossigeno (O2) per produrre acqua (H2O) ed elettricità. Questi sistemi possono essere trovati in un veicolo a idrogeno dove creano l’elettricità per alimentare il motore. La cella a combustibile ha bisogno di separare gli atomi in molecole di idrogeno e ossigeno in modo che quegli atomi possono rimescolare per creare nuove molecole (acqua). Senza qualche aiuto, però, che rimpasto avrebbe avuto luogo molto lentamente. Così la cella a combustibile utilizza un catalizzatore — platino-per spingere quelle reazioni lungo.

Platinum funziona bene in celle a combustibile perché interagisce solo la giusta quantità con ogni gas di partenza. La superficie del platino attrae le molecole di gas. In effetti, li avvicina in modo che incoraggi — accelera — la loro reazione. Poi lascia la sua opera galleggiare libero.

Per anni, anche altre tecnologie si sono affidate ai catalizzatori al platino. Per rimuovere gli inquinanti nocivi dai gas di scarico, ad esempio, le automobili ora si affidano a convertitori catalitici.

Ma platinum ha alcuni aspetti negativi. E ‘ costoso, per esempio. (Alla gente piace usarlo in gioielli di fantasia.) E non è facile da ottenere.

Alcuni altri catalizzatori sono saliti allo status superstar. Questi includono metalli con proprietà chimiche simili a quelle del platino. Tra questi ci sono palladio e iridio. Come il platino, tuttavia, entrambi sono costosi e difficili da ottenere. Ecco perché la caccia è per catalizzatori meno costosi da utilizzare nelle celle a combustibile.

Alcuni scienziati pensano che le molecole di carbonio potrebbero funzionare. Certamente sarebbero meno costosi e facilmente abbondanti. Un’altra opzione potrebbe essere quella di utilizzare enzimi simili a quelli trovati all’interno di esseri viventi.