عرض مصدر تحفيز

{{بطاقة عامة}}
[[ملف:CatalysisScheme-en.svg|تصغير|يسار|250بك|شكل يبين أن العامل المساعد Catalyst يعمل على تنشيط التفاعل الكيميائي، فبدلا من عبور التفاعل تل الطاقة العالي (أسود، من اليسار إلى اليمين) فهو يعبر في وجود المحفز تل طاقة أصغر (أحمر). delta G هي [[طاقة غيبس الحرة|طاقة جيبس الحرة]].]]
[[ملف:Ceolite nax.JPG|تصغير|ال[[زيوليت]] الاصطناعي من المواد المحفزة]]

'''التَّحْفِيزُ''' أو '''الحَفْز<ref>{{استشهاد بويكي بيانات|Q114972534|ص=72}}</ref><ref>{{استشهاد بويكي بيانات|Q112315598|صفحة=197}}</ref>''' هو استعمال مادة تسمى '''حَفَّاز'''<ref>[https://applications.emro.who.int/UMD-Joomla/Search%20Engine/Forms/MeaningResults.aspx?QueryID=2&TermID=5a0598a2-fba6-4cf9-bece-7a63e4d1facc المعجم الطبي الموحد] {{وصلة مكسورة|تاريخ= مايو 2019 |bot=JarBot}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170202024337/http://applications.emro.who.int/UMD-Joomla/Search%20Engine/Forms/MeaningResults.aspx?QueryID=2&TermID=5a0598a2-fba6-4cf9-bece-7a63e4d1facc |date=2 فبراير 2017}}</ref> وهي مادة كيميائية تضاف بكميات قليلة للتفاعل الكيميائي بهدف تسريع التفاعل دون أن تتغير خواص المواد الكيميائية<ref>{{استشهاد بكتاب|عنوان=المحفزات|الأخير=الكناني|الأول=محمد|مؤلف2-الأخير=الدريس|مؤلف2-الأول=سعود|ناشر=معهد بحوث البترول والصناعات البتروكيميائية|سنة=2009|مكان=مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية}}</ref> بمعنى أنها قادرة على أن تزيد [[معدل التفاعل|سرعة التفاعل]] الكيميائي عن طريق خفض [[طاقة التفاعل (توضيح)|طاقة التفاعل]] أو تنشيطه دون أن يحدث بها تغيير كيميائي دائم.<ref>[http://www.fao.org/biotech/biotech-glossary/ar/ منظمة الأغذية والزراعة] {{وصلة مكسورة|تاريخ= مايو 2019 |bot=JarBot}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20171215184827/http://www.fao.org/biotech/biotech-glossary/ar/ |date=15 ديسمبر 2017}}</ref> يسمى '''الحفاز''' أيضا '''بالعامل المساعد''' و'''المحفز'''، وهو ذو أهمية في ال[[كيمياء]] و[[علم الأحياء]]. ويعرف بأنه قادر على تغيير [[معدل التفاعل]] تسريعه أو إبطائه دون أن يـُستهلك، أو يحدث به تغير كيميائي. و[[إنزيم]]ات محفزات تنشط [[تفاعل حيوي|التفاعلات الحيوية]]. توفر المحفزات طرقا أخرى [[تفاعل كيميائي|للتفاعل الكميائي]] تتميز ب[[طاقة تنشيط]] منخفضة عن تلك التي يستهلكها التفاعل غير المحفز.

يصنف التحفيز حسب اختلاف طور الحفاز عن المواد المتفاعلة إلى [[تحفيز متجانس]] و[[تحفيز غير متجانس]].

== عمليات التحفيز ==
* '''تحفيز غير متجانس:''' تحفيز يكون فيه طور المحفز مختلف عن طور المواد المتفاعلة، إذ يمكن أن يكون المحفز صلباً في حين تكون المواد المتفاعلة غازية أو سائلة، يتكون من أكثر من طور.
* '''تحفيز متجانس:''' تحفيز يكون فيه طور المحفز من نفس طور المواد المتفاعلة. ويتكون من [[طور (مادة)|طور]] واحد (صلب أو سائل أو غاز).
* ''تحفيز أنزيمي:''' تحفيز تستخدم فيه مواد إنزيمية كمحفزات في التفاعلات الحيوية أو الحيوكيميائية.

== المواد المحفزة ==
* '''الفلزات:''' مثل العناصر الانتقالية في الجدول الدوري ومن أهمها البلاتين والفضة والبلاديوم والموليبدنوم والكوبالت. وتتميز بفعالية عالية تجاه الأكسدة والهدرجة وإعادة التشكيل ونزع الهيدروجين.
* '''الخلائط:''' هي عبارة عن مزيج من فلز فعال حفزياً مع فلز فعال أو غير فعال يمكن أن يزيد أو ينقص من الفعالية. ومن أمثلتها خلائط البلاتين مع الروديوم المستخدمة في أكسدة النشادر والإريديوم مع النحاس المستخدمة في عمليات إعادة التشكل الحفزي للألكانات.
* '''المواد الداعمة:''' هي مواد تحمل عليها المواد الفعالة لتحسين مردود العملية الحفزية ومن أمثلتها الأكاسيد القاعدية مثل أكسيد المغنيزيوم وأكسيد الكالسيوم، والأكاسيد الحامضية مثل الأمونيا والسيليكا والمتعادلة مثل سيلكات الكالسيوم وأمونيات المغنيزيوم.
* '''المثبطات:''' تستخدم لتحسين انتقائية المحفزات الفلزية أو تثبيط التفاعل غير المرغوب به أو تسريع تفاعل ما مرغوب به.
* '''المواد المنشطة:''' هي مواد تستخدم للحصول على فعالية أو انتقائية أو ثباتية مرغوب بها.
* '''مركبات فلزية:''' هي مجموعات الفلزات مثل (Fe-Ti)، (LaNi5) (CeCo3) تستخدم عادة في عمليات الهدرجة نظراً لصفتها الامتيازية العالية.
* '''أكاسيد فلزية:''' هي أكاسيد بعض عناصر المجموعة الثانية والثالثة والرابعة والخامسة والعناصر الانتقالية وعناصر مجموعتي الانثانيوم والأكتنيوم وتنقسم هذه الأكاسيد إلى مجموعتين:
** '''أكاسيد عازلة:''' تستخدم كمواد داعمة ومحفزة للتفاعلات القاعدية ومنها أكاسيد العناصر الغير انتقالية.
** '''أكاسيد شبة موصلة:''' هي مواد محفزة فعالة بشكل خاص لتفاعلات الأكسدة والاختزال.
* '''الأملاح:''' وتشتمل على:
** هاليدات الفلزات: وتشتمل على كلوريد الألمنيوم، كلوريد النحاس، ثلاثي ورباعي كلوريد التيتانيوم.
** الكبريتات: منها كبريتات الألمنيوم والنحاس والبوتاسيوم.
** الفوسفات: فوسفات النيكل كالسيوم وفوسفات الألمنيوم.
** الكبريتيدات: هي مركبات فلزية مثل كبريتيدات النيكل والكوبالت والحديد والموليبدنوم والتنجستن.
* '''الأحماض:''' يتضمن هذا النوع من الحفزات الأكاسيد الصلبة لعناصر الدورة الثالثة من الجدول الدوري مثل أكاسيد الصوديوم والمغنيزيوم والألمنيوم والفسفور. وتتضمن أيضاً أنواعاً أخرى من المحفزات الحامضية الصلبة مثل حمض الكبريت وحمض الفسفور المحملة على داعم.
* '''القواعد:''' تشتمل محفزات القواعد الصلبة على أكاسيد وهيدروكسيدات وكربونات وسيليكات لفلزات قلوية ترابية وكذلك هيدريداتها وأميداتها والمبدلات الأيونية العضوية.
* '''محفزات ثنائية الوظيفة:''' وهي محفزات متعددة الوظائف تتركب من محفزين أو أكثر، ومثل هذه الأنواع تستخدم في عمليات إعادة التشكيل الفلزي والتكسير بوجود الهيدروجين.
* '''معقدات تساندية فلزية:''' تستخدم في عمليات الهدرجة والبلمرة والأكسدة وغيرها.
من أهم المواد المحفزة في الكيمياء:
* ال[[كادميوم]]
* ال[[زيوليت]]

== الصناعة ==
تُصْنَع المحفزات وفق ما يلي:
* '''الترسيب:''' تتم بتحضير الراسب البلوري أو اللابلوري أو الهلامي من أملاح المعادن المكونة للمحفز.
* '''التشرب:''' يتم غمر الداعم المسامي في محلول من المكون الفعال، مع إزالة المحلول الزائد بواسطة الترشيح أو القوة النابذة أو التقطير.
* '''الانصهار:''' تتم بصهر بعض أنواع الأكاسيد الفلزية مثل Fe3O4 المحتوي على كميات قليلة من أكسيد الألمنيوم وأكسيد البوتاسيوم وأكسيد الكالسيوم.
* '''التجفيف والكلسنة:''' تعتمد مسامية المحفز المترسب على إجراءات التجفيف المستخدمة لإزالة الرطوبة وماء الإهامة ويتم التجفيف عادة في أفران دوارة وتتم عملية الكلسنة بالمعالجة الحرارية بالأكسدة بوجود الأكسجين أو الهواء عند درجات حرارة عالية.
* '''الاختزال:''' يتم تحضير المحفزات المعدنية بواسطة اختزال أكاسيد أو كلوريدات المكون الفعال وذلك باستخدام غاز الهيدروجين المخفف بغاز النيتروجين.
* '''تشكيل المواد المحفزة:''' يتم تشكيل المحفزات المستخدمة في مفاعلات الطبقة الثابتة بواسطة آلات وقوالب خاصة إلى أشكال كروية أو أسطوانية مصمتة أو أسطوانية مفرغة أو حلقات أو حبيبات بأحجام مختلفة.

== أمثلة ==
ومثال ذلك زيادة سرعة تفكك [[كلورات البوتاسيوم]] بال[[حرارة]] عن طريق إضافة المحفز [[أكسيد المنغنيز الرباعي|ثاني أكسيد المنجنيز]] إلى الكلورات. ويتبقى ثاني أكسيد المنجنيز كما هو في نهاية التفاعل. وعندما يؤدي المحفز إلى إعاقة التفاعل الكيميائي يطلق عليه «حافز سلبي».

== صفات ==
يتصف المحفز الإيجابي بعدة صفات أهمها:
# أن يبقى المحفز دون تغيير في نهاية التفاعل الكيميائي.
# تـُحدث كمية صغيرة من المحفز تغير كبيراً في معدل التفاعل الكيميائي.
# لا يحدث المحفز أي تغير في حالة [[توازن كيميائي|التوازن الكيميائي]]، ولكنه يزيد من سرعة الوصول إلى حالة التوازن.
# تتناسب سرعة التفاعل إلى حد ما مع كمية المحفز المستخدم في بعض الحالات.
# كل محفز له فعل نوعي "Specific" ويعني هذا أن المحفز الذي يصلح لتفاعل معين قد لا يكون له أي تأثير على تفاعل آخر.

== مبدأ العمل ==

تنبع طريقة عمل المحفز من إمكانيته لتغيير سير التفاعل بحيث يخفض من [[طاقة تنشيط|طاقة التنشيط]] اللازمة لسير التفاعل. فلابد وأن تعبر المواد المتفاعلة تل [[جهد كيميائي|الكمون الكيميائي]] لكي تتحد وتنتقل من اليسار إلى اليمين مكونة المركب Z. ويعمل المحفز على خفض طاقة الكمون الكيميائي (وتسمى أحيانا [[طاقة تنشيط]]) فيسهل التفاعل.

[[ملف:Potential energy profile-Catalysis DE.svg|تصغير|يسار|200بك|تل الطاقة بين الجزيئات المتفاعلة في وجود المحفز (أحمر)، وبدون المحفز (أسود).]]

ويعتمد الكمون الكيميائي على عدة عوامل منها [[رابطة تساهمية|القوى الرابطة]] بين [[ذرة|الذرات]] في ال[[جزيء]] الناتج.

فيجري التفاعل أولا بارتباط المحفز بأحد المواد المتفاعلة مكونا مركبا وسطيا، ثم يسلمه إلى المادة الثانية الداخلة في التفاعل فينشأ جزيء المادة الناتجة. وينفصل المحفز ليعمل من جديد. ويوضح المنحنى الأحمر في الشكل كيف يخفض المحفز الكمون الكيميائي فيسهل التفاعل.

يسير التفاعل بين المادتين A و B على المنوال الآتي:

:<math>\mathrm{A + B \;\rightarrow\; AB}</math>

تبلغ [[طاقة تنشيط|طاقة التنشيط]] في حالة عدم وجود المحفز
<math>E_\mathrm{u}</math>
ويوضح المنحنى الأحمر مسار تل الطاقة باستخدام المحفز، حيث يسير التفاعل عبر مركب وسطي.
<math>\mathrm{KA}</math> :

:<math>\mathrm{K + A \;\rightarrow\; KA}</math>

ويتكون المركب الناتج AB عند النهاية الصغرى الحمراء، ثم ينفصل المحفز K ثانيا:

:<math>\mathrm{KA + B \;\rightarrow\; K + AB}</math>

وكما نرى نجد أن طاقة التنشيط
<math>E_\mathrm{k}</math>
في تلك الحالة أقل.

ونأخذ مثال احتراق ال[[هيدروجين]] باتحاده مع ال[[أكسجين]] ليتكون ال[[ماء]]. هذا التفاعل تفاعل مناسب من وجهة [[نظرية حركية للغازات|الترموديناميكا]] حيث أن الطاقة الكلية للناتج AB أقل من مجموع [[طاقة داخلية|الطاقتين الداخليتين]] للهيدروجين والأكسجين. فكان من المنتظر أن يسير التفاعل من نفسه، ولكن بسبب لزوم طاقة التنشيط (تل طاقة) عند درجة حرارة الغرفة يمتنع بدء التفاعل (يحتاج الهيدروجين والأكسجين لطاقة تنشيط مساوية للتغلب على تل الكمون الكيميائي، بذلك يسير التفاعل وينتج الماء). وفي وجود محفز من ال[[بلاتين]] تنخفض طاقة التنشيط مما يساعد على سير التفاعل في درجات حرارة منخفضة مثل درجة حرارة الغرفة.

مع ملاحظة أن المحفز لا يغير من [[توازن كيميائي|التوازن الكيميائي]] للتفاعل، حيث يكون تأثير المحفز متساويا في اتجاهي التفاعل (اتجاه التفاعل و[[تفاعل عكوس|التفاعل العكسي]])، ولكن فاعلية المحفز هي أن يصل النظام إلى حالة التوازن بطريقة أسرع.
ومن ضمن استخدامات المحفزات تنقية عادم السيارة.

== محفز السيارة ==
[[ملف:Pot catalytique vue de la structure.jpg|تصغير|يسار|200بك|محفز سيارة لتصفية العادم من الغازات الضارة.]]

يظهر تأثير المحفزات بشكل طبيعي من حولنا فمثلاً في الكائنات الحية تسير معظم التفاعلات الكيميائية الحيوية مثل التنفس و[[تركيب ضوئي|التمثيل الضوئي]] أو إنتاج الطاقة من الغذاء ويدخل فيها عمل محفزات. وتتكون المحفزات في الكائنات الحية من [[بروتين|بروتينات خاصة]] و[[إنزيم]]ات.

ونظرا لأن المحفزات تخفض من طاقة التنشيط اللازمة للتفاعلات الكيميائية فهي تطبق كثيرا في الصناعة. ويجرى نحو 80 % من التفاعلات الكيميائية في الصناعة باستخدام المحفزات. وبدون المحفزات لاستغرقت [[تفاعل كيميائي|التفاعلات الكيميائية]] أزمنة طويلة وقد لا تتم على الإطلاق.

وفي حالة إنتاج نواتج متعددة من خلال استخدام محفزات فيعمل المهندسون الكيميائيون على اختيار نوع المحفز المناسب للتفاعل، ويلعب هذا الاختيار دورا رئيسيا في عملية الإنتاج. ويختار المحفز عل أساس قدرته على تسريع التفاعل المرغوب، في نفس الوقت يجب تلافي منتجات غير مرغوب فيها أو أن توجد بنسب مهملة.

ومن وجهة حماية البيئة فعن الاختيار السليم لنوع المحفز يعمل على خفض ال[[طاقة]] المستهلكة، وخفض كميات المواد غير المرغوب فيها. ومن ضمن ذلك تنقية [[غاز عادم|غازات العادم]] الصادرة من الصناعة وفي إنتاج [[طاقة كهربائية|الطاقة الكهربائية]].

كما تطبق المحفزات لتنقية عادم السيارة، حيث تمنع وجود مواد ضارة وتحويلها إلى مواد أقل ضررا.

'''مثال''':

في محفز ال[[سيارة]] يتفاعل الغاز السام [[أحادي أكسيد الكربون|أول أكسيد الكربون]] (CO) ومركبات كربوهيدرات غير محترقة مع أكاسيد النتروجين
NO<sub>x</sub> وال[[أكسجين]] (O<sub>2</sub>) وتنتج [[ثنائي أكسيد الكربون|ثاني أكسيد الكربون]] (CO<sub>2</sub>)
وهو غير سام (ثاني أكسيد الكربون غاز خانق)، و[[نيتروجين]] و[[ماء]] (H<sub>2</sub>O). وبذلك ينقي المحفز الغازات الضارة من عادم السيارة. وتستخدم في السيارات محفزات مصنوعة من ال[[بلاتين]].

== التطبيقات ==
تستخدم المحفزات في عمليات تكرير البترول والصناعات البتروكيميائية والكميائية غير العضوية ومن أهم العمليات التي تستخدم فيها المحفزات:
* '''التكسير الحفزي:''' للمقطرات الثقيلة لإنتاج وقود السيارات والديزل ووقود الطائرات.
* '''إعادة التشكيل الحفزي:''' لل[[نفثا]] لإنتاج وقود سيارات برقم أوكتان مرتفع.
* '''الألكلة:''' مثل [[ألكلة]] الأيزوبيوتان مع مركبات أوليفينة لإنتاج مواد إضافة لتحسين خواص وقود السيارات.
* '''نزع الهيدروجين من الألكانات:''' للحصول على مركبات أوليفينية.
* '''التماكب:''' مثل [[تصاوغ|تماكب]] النفثا أو البيوتان النظامي أو البنتان أو الهكسان لإنتاج مركبات هيدروكربونية متفرعة.
* '''الأكسدة:''' للحصول على مركبات أكسجينية عضوية.
* '''البلمرة:''' للحصول على بوليمرات متنوعة وبوليمرات مشتركة.

== اقرأ أيضا ==
* [[تركيز (توضيح)|تركيز]]
* [[معدل التفاعل]]
* [[ثابت معدل التفاعل]]
* [[توازن ديناميكي حراري|توازن ترموديناميكي]]
* [[توازن ديناميكي|توازن دينامي]]
* [[تحفيز غير متجانس]]
* [[كسر مولي|جزء مولي]]
* [[كتلة مولية]]
* [[نظام (تحريك حراري)|نظام حركة حرارية]]
* [[قانون فاعلية الكتلة]]
* [[درجة التفاعل]]
* [[حفاز كرابتري]]

== مراجع ==
{{مراجع}}
{{آليات التفاعل}}
{{معرفات مركب كيميائي}}
{{خلايا غلفانية}}
{{فروع الكيمياء}}
{{روابط شقيقة}}
{{شريط بوابات|الفيزياء|الكيمياء|علم الأحياء|كيمياء تحليلية|كيمياء فيزيائية}}

{{ضبط استنادي}}

[[تصنيف:تحفيز|*]]
[[تصنيف:تفاعلات كيميائية]]
[[تصنيف:حركية كيميائية]]
[[تصنيف:حفازات]]
[[تصنيف:كمية المادة]]
[[تصنيف:كيمياء تحليلية]]