KATALÍZIS TANMESE

A click reakciót a réz(I), esetleg ruténiumionok katalizálják. Lásd feljebb.

A metatézist volfram, molibdén vagy ruténium komplexek katalizálják. Lásd (majd) lejjebb.

Volt már szó fázistranszfer katalizátorokról is. A legelején.

Katalizátor. Katalízis. De mi is ez valójában?

Képzeljük el, hogy egyszer az utcán sétálunk, és egy gesztenyeárus mellett vezet el utunk. Nagyon ínycsiklandó a gesztenye illata, azonban mivel drágálljuk, nem veszünk belőle, pénzünk zsebünkben marad, vagy úgy is mondhatnánk, hogy a vonzóerő zsebünk és a pénz között nagyobb maradt, mint a gesztenyeárus és a pénz között, nem vándorolt át tőlünk hozzá. 

Más alkalommal egy számunkra nagyon kedves fiúval vagy lánnyal sétálunk ugyanarra, akire nagyon szeretnénk pozitív benyomást tenni, ezért úgy döntünk, hogy veszünk a gesztenyeárus portékájából. A vonzóerő most a pénzünk és a gesztenyeárus között nagyobb, mint köztünk és a pénz között, a pénz átvándorol a zsebünkből az árus kezébe. A folyamatot a velünk sétáló lány/fiú váltotta ki, noha ő maga nem vett részt benne. Na ő a katalizátor.

Ezt a tanmesét állítólag egy "Ch. Moore nevű amerikai tudós" mondta el diákoknak, én egy kémiai kérdezz-felelek könyvben olvastam úgy tizenöt éve.

A katalizátor lényegi jellemzői közé tartozik, hogy a reakció végén változatlan formában visszakapjuk, látszólag "nem vesz részt folyamatban". Valójában a katalizátor részt vesz a folyamatban, jelenlétével, a reakcióban való részvételével egy másik reakcióutat nyit meg. Olyan ez, mintha olyan kerülőúton mennénk ugyanazon cél felé, amin kisebb hegyeket (aktiválási energia gátakat) kell megmászni, ezáltal könnyebben juthatunk el ugyabba a célba (ugyanahhoz a végtermékhez). Azonban a katalizátort vissza kell kapnunk a reakció végén változatlan formában, különben nem katalizátorról, hanem reakciópartnerről van szó, ami "elfogy", átalakul a folyamatban. 

További ismérve a katalizátornak, hogy általában a reaktánsokhoz képest kisebb mennyiségben használjuk, így is szoktuk mondani: "katalitikus mennyiségben". 

Az élő szervezetekben működő, ezáltal éltünket lehetővé tevő enzimek is katalizátorok, biokatalizátorok. Kis mennyiségben vannak jelen szervezetünkben, és lehetővé tesznek olyan folyamatokat, amelyek nélkülük sohasem mennének végbe. Vagyis katalizátorok nélkül nem lehet élni. De ha lehetne se lenne érdemes. :-)

 Ismétlés a tudás anyja. Benzofenon. Mostan színes tintákkal álmodom.

"Minden írástudó, aki jártas a ... tanításban, olyan mint a családapa, aki kincseiből régit és újat vesz elő."
Hadd' bolygassam még egy kicsit az oldószer abszolutizálást! Az abszolutizálás az a folyamat, melynek során az oldószerben oldott vizet, oxigént, esetleg egyéb szennyezőket eltávolítjuk. Pl. azért mert a reakció, melyben használni kívánjuk, nem tolerálja ezeket a szennyezőket.

A víz az anyag, ami az átlagember életét lehetővé teszi... c. blogbejegyzésemben már említést tettem a benzofenon/Na vízmentesítő rendszer vagy nedvességjelző indikátor használatáról.
A benzofenonból a nátriumatomok egyelektronos redukcióval gyökaniont (gyök is, vagyis van párosítatlan elektronja, anioin is, negatív töltése is van) csinálnak, amit ketilnek hívunk, és mélykék színéről ismerszik meg. A gyökök általában, és a ketil személyesen is nagyon reakcióképesek, nem túl válogatósak, különösen az eseteik azonban pl. az oxigén illetve vízmolekulák. Ígyhát ezek eltávolítására, jelen-nem-létük detektálására a ketil kiválóan alkalmas. Ha a ketil jelen van, oxigén és víz biztosan nincs jelen, különben gátlástalanul egymásnak esnének.
Az is előnye a módszernek, hogy a ketil oldható szerves oldószerekben, tehát a szintén oldott oxigénnel és vízzel a reakció gyors. Az egész folyamat úgy történik, hogy az oldószerbe benzofenont és fémnátrium darabkákat dobálunk (ésszel!), majd inert (nitrogén vagy argon) gáz alatt forralgatjuk egy darabig, majd ledesztilláljuk (a pálinkafőzés analógiájára). A benzofenonból keletkező ketil az oxigén és vízmolekulákkal nem illékony termékeket ad, így azok a desztilláció során az adólombikban maradnak, szép tiszta víz- és oxigén- és benzofenon mentes oldószerünk pedig a szedőlombikban gyűlik össze.

Az említett blogbejegyzésben egy videot is mutattam arról, ahogy a még nem teljesen vízmentes oldószerben a mélykék színű ketil meg-megjelenik, majd elreagál a még jelenlevő oxigén és vízmolekulákkal elveszítve színét. Vagyis a megmaradó mélykék szín jelzi, hogy elfogytak az oxigén és vízmolekulák. Ezt a videot megnézhetitek újra.

Az éter típusú oldószerek szeretik a vizet, ráadásul oxigén jelenlétében "peroxidosodnak" is, vagyis robbanásveszélyes bomlástermékek keletkeznek belőle. Dietil-éter esetén így néz ki a vízmentesítés folyamata (a képek ugyanarról a desztilláló készülékről készültek némi időeltolódással):

Ami a képen látható: ahogy forralgatjuk a THF-ünket (eredetileg színtelen oldat, víz és oldott oxigéntartalommal) benzofenonnal (fehér kristályos szilárd anyag) és fémnátriummal (szürke fém), ahogy fogy az oxigén és a víz a rendszerből, megjelenik, majd egyre erősebb lesz a ketil mélykék színe. A ketil egyébként két mezomer határszerkezettel írható le:

Aztán ha leállítjuk a fűtést és a kevergetést, akkor a nátriumos benzofenon ketil a kék színével leülepszik a lombik aljára, és a keverés újraindítása valahogy így néz ki:

A színe az oldószertől is függ, pl. tetrahidrofuránban ugyanez a folyamat így nézett ki a mi laborunkban a minap:

És akinek még ez sem elég, annak itt van egy desztilláló készülékkel arrébb a káliumos dimetoxietán (egy másik éter típusú oldószer, jóval magasabb forrásponttal; benzofenon nélkül) adólombikja:

Na hogy ez miért rózsaszín (pink, magenta), arról sejtelmem sincs, valószínűleg valami bomlástermék (ez az egyik műszó a mi szakmánkban a "nem tudom"-ra) vagy annak kálium komplexe miatt . De ha már magenta/pimk/rózsaszín: tudtátok, hogy ez a szín nem is létezik? Mennyi a hullámhossza a magenta színű fénynek? Semennyi! Minden egyes hullámhosszú fényhez egy szín tartozik, azonban a magentához/pinkhez nem tartozik semmilyen hullámhossz. Nem is található meg a szivárványban:

A magenta a zöld komplementerszíne. Minden színnek megtalálható a komplementere a látható spektrumban, a zöldet kivéve. A magenta egyszerűen az agyunk szüleménye, nem pedig egy adott hullámhosszú fény képzete.

Megjegyzem a magenta/pink/rózsaszín nem csak a szivárványban nincs benne. Kosztolányi versében sem.
Erről meg a Szertáros (https://www.facebook.com/szertar) vicce jutott eszembe: Ami igazán lényeges, az az elektromágneses spektrumban 390 nm alatt és 700 nm felett található - ismételte a kis herceg, hogy jól az emlékezetébe vésse. :)

Bejegyzésünk végén pedig mondjunk köszönetet Halász Károly (Karl Fischer) kollegánknak a víztartalmak kvantitálásáért: