Katalisis dan Ketergantungan Suhu

Laju reaksi meningkat tajam seiring suhu sebagaimana dijelaskan oleh persamaan Arrhenius, dan katalis mempercepat reaksi dengan menyediakan jalur alternatif dengan hambatan aktivasi yang lebih rendah.

Definition

Katalisis adalah percepatan reaksi oleh suatu zat yang menyediakan jalur berenergi lebih rendah dan diregenerasi tanpa perubahan, dan ketergantungan suhu mengacu pada hubungan Arrhenius antara konstanta laju, energi aktivasi, dan suhu.

Scope

Topik ini mencakup ketergantungan suhu konstanta laju melalui persamaan Arrhenius, energi aktivasi dan faktor pra-eksponensial, serta interpretasi molekuler keduanya melalui teori tumbukan dan teori keadaan transisi. Ini mencakup kinetika katalisis: bagaimana katalis menurunkan hambatan aktivasi tanpa terkonsumsi, katalisis homogen dan heterogen, mekanisme permukaan Langmuir-Hinshelwood dan Eley-Rideal, serta katalisis enzim melalui skema Michaelis-Menten. Teori rinci kompleks teraktivasi dan hukum laju yang mendasarinya dibahas dalam topik terkait.

Core questions

• Bagaimana persamaan Arrhenius menghubungkan konstanta laju dengan suhu dan energi aktivasi?
• Bagaimana katalis meningkatkan laju tanpa terkonsumsi atau menggeser kesetimbangan?
• Bagaimana mekanisme Langmuir-Hinshelwood dan Eley-Rideal menjelaskan katalisis permukaan?
• Bagaimana skema Michaelis-Menten menjelaskan kinetika enzim dan saturasi?

Key concepts

• Persamaan Arrhenius dan faktor pra-eksponensial
• Energi aktivasi
• Katalisis homogen dan heterogen
• Mekanisme Langmuir-Hinshelwood dan Eley-Rideal
• Kinetika enzim Michaelis-Menten

Key theories

Persamaan Arrhenius

Konstanta laju bergantung secara eksponensial pada rasio negatif energi aktivasi terhadap energi termal, sehingga plot logaritma konstanta laju terhadap invers suhu menghasilkan energi aktivasi dari kemiringannya.

Kinetika enzim Michaelis-Menten

Enzim mengikat substrat dalam pra-kesetimbangan cepat untuk membentuk kompleks yang berubah menjadi produk, memberikan laju yang meningkat dengan konsentrasi substrat dan jenuh pada kecepatan maksimum, yang dicirikan oleh konstanta Michaelis.

Clinical relevance

Gagasan-gagasan ini mendasari katalisis heterogen industri seperti sintesis amonia dan konverter katalitik, kontrol suhu dan stabilitas proses kimia dan bahan yang disimpan, serta analisis kuantitatif enzim yang menjadikan katalisis pusat biokimia dan aksi obat.

History

Berzelius menamai katalisis pada tahun 1835; Arrhenius memberikan hukum laju suhu pada tahun 1889, dan awal abad kedua puluh menyaksikan kinetika permukaan Langmuir dan perlakuan Michaelis-Menten tahun 1913 terhadap enzim, menetapkan katalisis sebagai cabang kuantitatif kinetika.

Key figures

• Svante Arrhenius
• Jons Jacob Berzelius
• Leonor Michaelis

Seminal works

• atkins2018
• laidler1987

Frequently asked questions

Apakah katalis habis terpakai dalam reaksi?

Tidak. Katalis berpartisipasi dalam mekanisme tetapi diregenerasi pada akhir siklus katalitik, sehingga pada prinsipnya sejumlah kecil dapat mengubah sejumlah besar reaktan, meskipun katalis nyata dapat terdegradasi atau diracuni seiring waktu.

Mengapa peningkatan suhu biasanya mempercepat reaksi secara dramatis?

Fraksi molekul dengan energi yang cukup untuk melintasi hambatan aktivasi tumbuh secara eksponensial dengan suhu, sehingga bahkan kenaikan suhu yang moderat dapat melipatgandakan laju, itulah sebabnya banyak reaksi kira-kira berlipat ganda lajunya untuk setiap peningkatan sepuluh derajat.