ماهي مادة الحفاز

مادة الحفاز هي مادة تسرع التفاعل الكيميائي ، ولكن لا يستهلكه التفاعل ؛ وهذا بالطبع يمنح استعادة المحفز كيميائيًا دون تغيير في نهاية التفاعل ، الذي تم استخدامه لتسريع أو التحفيز ، وتعد الإنزيمات أهم أنواع المحفزات التي تحدث بشكل طبيعي ، وهي المسؤولة عن العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية الأساسية.[1]

دور مادة الحفاز في التفاعل الكيميائي

بشكل عام ، تعد مادة الحفاز تفاعلًا كيميائيًا بين المحفز والمفاعل ، مكونة مواد وسيطة كيميائية قادرة على التفاعل بسهولة أكبر مع بعضها البعض أو مع مفاعل آخر ، وذلك لتشكيل المنتج النهائي المطلوب ، وأثناء التفاعل بين الوسطيات الكيميائية والمواد المتفاعلة ، يتم تجديد المحفز.وتختلف طرق التفاعل بين المحفزات والمواد المتفاعلة بشكل كبير ، وفي المحفزات الصلبة غالبًا ما تكون معقدة ، والشكل النموذجي من هذه التفاعلات ، هو تفاعلات القاعدة الحمضية ، وتفاعلات الأكسدة والاختزال ، وتشكيل معقدات التنسيق ، وتشكيل الجذور الحرة .بالإضافة إلى أن استخدام المحفزات الصلبة ، تقوم بالتأثير على آلية التفاعل بشدة ، خاصة ما يتعلق بخصائص السطح والهياكل الإلكترونية أو البلورية ، كما تعرف بعض المحفزات الصلبة ، بالمحفزات المتعددة الوظائف ، وهي قادرة على التفاعل مع المتفاعلات بأكثر من طريقة ؛ حيث تستخدم المحفزات ثنائية الوظائف على نطاق واسع لإصلاح ردود الفعل ، خاصة في صناعة النفط.ومعظم المحفزات الصلبة هي معادن أو أكاسيد وكبريتيدات وهاليدات العناصر المعدنية ، والعناصر شبه المعدنية البورون والألمنيوم والسيليكون ، وتستخدم المحفزات الغازية والسائلة بشكل عام في شكلها النقي أو بالاشتراك مع ناقلات أو مذيبات مناسبة ؛ حيث تنتشر المحفزات الصلبة عادة في مواد أخرى تعرف باسم دعامات المحفز. وتشكل التفاعلات المحفزة أساس العديد من العمليات الكيميائية الصناعية ، ويعتبر تصنيع المحفز في حد ذاته عملية صناعية سريعة النمو في الوقت الحالي.[2]

أنواع مادة الحفاز

يتم تصنيف المحفزات في المقام الأول إلى أربعة أنواع هم الحفاز متجانس ، والحفاز غير المتجانس أو الصلب ، والمحفز المتجانس وغير المتجانس  والمحفزات الحيوية.

أفضل أنواع مادة الحفاز

تعد المعادن مثل البلاتين والنيكل عوامل حفازة جيدة ؛ وذلك لأنها تمتاز بقوة كافية لحمل المواد المتفاعلة وتنشيطها ، ولكن ليس بقوة بحيث لا يمكن للمنتجات أن تنفصل.[3]

خصائص مادة الحفاز

تملك مادة الحفاز خصائص مهمة ومحددة ، تمنحها أهميتها بالنسبة للتفاعل الكيميائي الذي تدخل إليه ، ومن أبرز خصائص مادة الحفاز:

المحولات الحفازة

تغير المحولات الحفازة الجزيئات السامة مثل أول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين المختلفة في عوادم السيارات ، إلى جزيئات غير ضارة مثل ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين ، وتستخدم معادن باهظة الثمن مثل البلاتين والبلاديوم والروديوم كمحفز غير متجانس. كما تودع المعادن كطبقات رقيقة على قرص العسل الخزفي ، وهذا يزيد من مساحة السطح ويحافظ على كمية المعادن المستخدمة إلى الحد الأدنى ، ثم يتم استخلاص التفاعل بين أول أكسيد الكربون وأول أكسيد النيتروجين في تلك العملية.[5]

أنواع التفاعلات الحفازة

يمكن تقسيم المحفزات إلى نوعين رئيسيين هما ؛ الحفز غير المتجانس والحفز المتجانس ، وفي التفاعل غير المتجانس ، يكون المحفز في طور مختلف عن المواد المتفاعلة، بينما في تفاعل متجانس ، يكون المحفز في نفس طور المواد المتفاعلة. فإذا نظرت إلى الخليط ورأيت حدودًا بين مكونين ، فإن هذه المواد في مراحل مختلفة ، ويتكون الخليط الذي يحتوي على مادة صلبة وسائلة من مرحلتين ، بينما يتكون مزيج من مواد كيميائية مختلفة في محلول واحد من مرحلة واحدة فقط ، لأنه لا يمكنك رؤية أي حدود بينهما. وقد تتساءل لماذا يختلف الطور عن مصطلح الحالة الفيزيائية (الصلبة أو السائلة أو الغازية) ؛ والإجابة لأنه يحتوي على المواد الصلبة والسوائل والغازات ، ولكنه في الواقع أكثر عمومية ، كما يمكن أن تنطبق أيضًا على سائلين مثل الزيت والماء ، فهما على سبيل المثال لا يذوبان في بعضهما البعض ، ويمكنك أن ترى الحد الفاصل بين السائلين.[6]

الحفز غير المتجانس

يتضمن الحفز غير المتجانس ، استخدام محفز في طور مختلف عن المواد المتفاعلة ، حيث تتضمن الأمثلة النموذجية محفزًا صلبًا مع المتفاعلات إما سوائل أو غازات.مراحل الحفز غير المتجانس

الحفز المتجانس

التحفيز المتجانس هو التحفيز في محلول بواسطة محفز قابل للذوبان ، يشير التحفيز المتجانس إلى التفاعلات الحفازة ؛ حيث يكون المحفز في نفس المرحلة مثل المواد المتفاعلة. ، وينطبق التحفيز المتجانس على التفاعلات في مرحلة الغاز وحتى في المواد الصلبة .كذلك يعد الحفز المتجانس باستخدام مجمعات المعادن الانتقالية ، مجالًا بحثيًا ناميًا بشكل هائل في السنوات الأخيرة ، وقد تم الإعلان عن العديد من الاكتشافات الحفازة الرائعة من قبل الباحثين في الصناعة والأوساط الأكاديمية ، وتعد تلك المنطقة واحدة من المجالات البحثية المستخدمة في الصناعات الحديثة ، كإنتاج حمض الأسيتيك على سبيل المثال. وتعد الإنزيمات أبرز الأمثلة على المحفزات المتجانسة.[9]مزايا الحفز المتجانس