العامل الحفاز Catalysts
- العامل الحفاز هو مادة يلزم القليل منها لتغير معدل التفاعل الكيميائي دون أن تتغير أو تغير من وضع الأتزان.
- العامل الحفاز هو مادة تعمل على زيادة سرعة التفاعل الكيميائي دون أن تستهلك فى التفاعلات.
- العامل الحفاز لا يزيد من عدد النواتج ولا يعد ضمن المواد المتفاعلة أو الناتجة عن التفاعل ، لذا لا يتم تضمينة فى المعادلات الكيميائية.
- العوامل الحفازة هي عناصر فلزية أو أكاسيدها أو مركباتها وتعمل الأنزيمات كعوامل حفازة للعديد من العمليات البيولوجية والصناعية.
طريقة عمل العامل الحفاز
- يقوم العامل الحفاز بتقليل طاقة التنشيط اللازمة للتفاعل فهو يسرع التفاعل العكسي والطردى فى نفس الوقت.
- يبين الشكل السابق مخطط الطاقة لتفاعل كيميائي طارد للطاقة. ويمثل الخط الأحمر مسار التفاعل دون وجود أي محفز، في حين يمثل الخط الأزرق سير التفاعل مع وجود المحفز. لاحظ أن طاقة التنشيط للتفاعل المحفَّز أقل كثيرًا من طاقة التنشيط في التفاعل غير المحفَّز.
- فى التفاعل المتزن كيميائياُ فإن إضافة العامل الحفاز سيزيد من سرعتي التفاعلين المباشر والعكسي.
فى الشكل التالي:
- أن حاجز الطاقة للتفاعل المباشر قد انخفض بنفس مقدار انخفاض حاجز الطاقة للتفاعل المعاكس وبالتالي فإن الفرق في طاقة التنشیط بغیاب وبوجود حافز للتفاعل المباشر (ΔEaf) وللتفاعل المعاكس (ΔEar) سيكون متساوياُ أي:
حيث أن:
- وبالتالي تؤدي إضافة حافز إلى تفاعل عكسي إلى حدوث نفس الإنخفاض فى طاقتي تنشیط التفاعلین المتعاكسین ومنه الى زیادة سرعتي ھذین التفاعلین بنفس المقدار ومنه الى زیادة ثابتي سرعتي ھذین التفاعلین بنفس المقدار، الأمر الذي یعني أنه لا یؤدي الى تغییر قیمة ثابت الإتزان.
- وھذا یعني أن الإتزان سیبقى كما كان قبل إضافة الحافز فھو لا یغیر قیمة ثابت الإتزان كما أنه لا یغیر موقع الإتزان، والنتیجة الختامیة ھي أن دور الحافز یقتصر فقط على تقلیل الزمن اللازم للوصول الى حالة الإتزان.
- مثال في التفاعل التالي:
- هذا التفاعل قد يتطلب أسابيع لكي يحدث قبل أن يصل إلى حالة الأتزان.
- ولكن عند إضافة (HCl) والذي يعمل كعامل حفاز فأن التفاعل يصل إلى حالة الأتزان في زمن أقل بكثیر. وفي الوقت نفسه، تبقى تركیزات المواد المتفاعلة والمواد الناتجة ثابتة، لا تتأثر ولا تتغیر، كما یبقى موضع الإتزان دون تغیر.
أهمية العوامل الحفازة فى الصناعة
- تستخدم الحفازات فى اكثر من 90% من العمليات الصناعية مثل صناعة الأسمدة والبتروكيمياويات والأغذية.
- توضع فى المحولات الحفزية المستخدمة فى شكمانات السيارات لتحويل غازات الاحتراق الملوثة للجو إلى نواتج آمنه .