BÖLÜM 2

KATALİZÖRLER

Katlizörler genel olarak katalizörler kimyasal reaksiyonların hızını arttıran ve reaksiyon

sonunda değişmeden kalan kimyasal maddelerdir.

Katalizör, çok küçük miktarı büyük değişikliklere sebep olan ve kimyasal proseste

harcanmadan reaksiyon hızını arttıran madde olarak tanımlanmaktadır.

“Katalizör”terimi ilk olarak 1835 yılında Berzelius tarafından  türetilmiş ve Berzelius

katalizörü kimyasal hareketlenmeyi varlığı ile harekete geçiren ve yokluğunda bir kimyasal

hareketlilik olmayan madde olarak tanımlamıştır.

Berzelius’dan 60 yıl sonra W. Ostwald’a göre katalizör, kimyasal reaksiyon sırasında kendi

kendini değiştirmeyen, tükenmeyen ve varlığı ile termodinamik olarak mümkün reaksiyonları

hızlandıran madde olarak tanımlanmıştır.

Bilindiği üzere, bir kimyasal reaksiyonda reaktanların ve ürünlerin ortalama potansiyel

enerjileri arasında bir enerji bariyeri bulunmakta ve reaksiyonun gerçekleşebilmesi için

reaktan moleküllerinin belli bir kritik aktivasyon enerjisine sahip olması, diğer bir deyişle

mevcut enerji bariyerinin aşılması gerekmektedir. Katalizörün görevi, reaksiyonun

gerçekleşebilmesi için aktivasyon enerji bariyerini düşürerek reaksiyonun hızını

yükseltmektir. (Aktivasyon enerjisini azaltmaktır.) Bu durum şematik olarak aşağıdaki gibi

gösterilebilir.

Katalizör kullanıldığında reaksiyon mekanizması değişir, yani

reaksiyon yeni bir mekanizmaya göre oluşur. Bu sayede aktivasyon

enerjisi düşer ve reaksiyon hızı artar. Katalizörün rolü, bir önceki şekilde

1

de görüldüğü gibi reaktanlarla yeni bir ara ürün meydana getirmek ve

daha sonra kendisi eski haline geri dönerken, bu ara üründen son ürün

veya ürünlerin oluşmasını sağlamaktır. Katı katalizörlüğünde yürüyen bir

reaksiyonda katalizörün rolü bir örnekle aşağıdaki gibi açıklanabilir.

A + B ↔ C şeklindeki bir reaksiyonun katı katalizörün X1 ve X2

gibi iki aktif merkezi tarafından katalizlendiği düşünülür. Aktif X1 ve X2

merkezleri A ve B reaktanları ile kompleks oluştururlar. Daha sonra bu X1

ve X2 merkezleri tekrar rejenerasyona uğrayarak C ürününü meydana

getirirler.

A + X1 ↔ AX1 (1)

B + X2 ↔ BX2 (2)

AX1 + BX2 ↔ C + X1 + X2 (3)

Proses esnasında X1 ve X2 merkezleri sürekli olarak reaksiyonda rol alamazlar ve zamanla

aktifliklerini kaybederek reaksiyona giremez hale gelirler. Bu durumda katalizör zehirlenmesi

veya katalizör deaktivasyonu meydana gelmiş olur. Katalizörün aktivitesinde gözlenen

azalma çoğunlukla katalizör deaktivasyonu olarak adlandırılmaktadır. Heterojen katalitik

proseslerdeki katalizör deaktivasyonu katalizörlerin ne kadar süre aktivitelerini kaybetmeden

çalışabildiklerini göstermektedir ve bu nedenle de katalizörlerin endüstriyel sistemlere

uygulamasında kullanılan önemli bir parametredir. Katalizörler zamanla aktivitelerini

kaybetmelerine rağmen, bu işlemin ortaya çıkabilmesi geçen süre, reaksiyon süresine göre

çok daha fazla olduğundan (aynı aktif merkezler binlerce, milyonlarca defa reaksiyonun

oluşmasını sağlarlar) katalizör kullanmak ekonomik hale gelir. Katalizörün aktivitesini

koruma süresi ne kadar fazla ise katalizör o derece kararlı demektir. Kararlılık katalizörün ne

kadar süre aktivitesini koruyacağının bir göstergesidir.

Çok düşük miktardaki katalizör, büyük miktardaki reaktanın ürüne dönüşmesini

sağlar. Ancak, düşük katalizör miktarlarının büyük dönüşümler sağlaması, katalizör

konsantrasyonunun reaksiyon hızı üzerine etkili olmadığı anlamına gelmez. Aslında,

zincirleme bir reaksiyon söz konusu değilse, reaksiyon hızı doğrudan katalizör

konsantrasyonu ile orantılıdır. Yani, yukarıda verilen örnekte X aktif merkez sayısı sayısı ne

kadar fazla ise, reaksiyon hızı da o oranda artar. Homojen katalitik reaksiyonlarda, reaksiyon

hızı doğrudan doğruya katalizör konsantrasyonu ile orantılıdır. (Çözeltide oluşan bir çok

organik reaksiyon, katalitik enzim reaksiyonları.)

2

Çift yönlü (reversible) reaksiyonlarda, denge bileşimleri ortamda katalizör bulunmasına veya

katalizör cinsine bağlı değildir. Yani denge bileşimi katalizörle değişmez. Bu durum,

katalizörlerin sadece reksiyon hızı üzerinde etkili olduğunu ve katalitik etki sonucu her ili

yöndeki reaksiyonun hızlandığını gösterir.

Katalizörlerin diğer bir önemli özelliği de reaksiyonun seçiciliği (selectivity) üzerine etkili

olmalarıdır. Katalizör tarafından yalnızca istenen ürünün oluştuğu reaksiyonun katalizlenmesi

olayına katalizörün seçiciliği denilmektedir. Seçicilik katalizörün tercih edilen bir

reaksiyonu katalizlemesine olan yeteneğini ifade eder. Seçicilik birden fazla reaksiyon olduğu

zaman reaksiyona giren maddenin ne kadarının istenen ürüne dönüştüğünü göstermektedir.

Seçicilik genellikle basınç, sıcaklık, reaksiyona giren maddenin bileşimine göre farklılık

gösterebilir. Katalizör yapısı ve cinsi de seçicilik üzerinde rol oynar. Aynı anda bir çok

paralel reaksiyon ile yan ürün meydana geliyorsa, uygun bir katalizör sadece arzu edilen

reaksiyonun hızını arttırarak, verimin artmasını sağlamalıdır. Örnek olarak etanolün (etil

alkol) bozunması gösterilebilir. Etanolün termik bozunmasında oluşan ürünler su buharı,

asetaldehit, etilen ve hidrojendir. Katalizör olarak alumina (Al2O3) kullanılması durumunda

sadece etilen ve su buharı ürün olarak ortaya çıkmaktadır. Buna karşılık, bakır katalizör

kullanılması durumunda sadece aset aldehit ve hidrojen oluşur, diğer yan ürünler oluşmaz.

Katalizörlerin genel özellikleri şöyle özetlenebilir.

1. Katalizörler, reaksiyon mekanizmasını değiştirerek reaksiyon hzıznı arttırırlar.

Katalitik reaksiyonun aktivasyon enerjisinin, katalitik olmayan reaksiyonun

aktivasyon enerjisine göre daha düşük olmasını sağlarlar.

2. Reaksiyon esnasında katalizörün aktif merkezleri reaktanlardan en az biriyle

kombinasyona girerek bir ara ürün oluşturur. Bu ara üründen son ürünün oluşması ile

bu aktif merkezler inaktif durumdan tekrar aktif duruma geçerek işlemin sürekli

olarak devam etmesini sağlarlar.

3. Büyük miktarda ürün elde etmek için az sayıda aktif merkez (çok az miktarda

katalizör) yeterli olabilmektedir.

4. Katalizörler denge dönüşümünü değiştirmezler, yani denge bileşimi üzerinde etkili

olmazlar. Çift yönlü bir reaksiyonda, ileri yöndeki reaksiyon için katalizör olan bir

madde, ters yöndeki reaksiyon için de katalizördür.

5. Katlizörler reaksiyonun seçiciliğini (oluşan ürün cinsini) tamamen değiştirebilirler.

Negatif Katalizörler: Reaksiyon ortamında bulunmaları durumunda reaksiyonun hızını

azaltan maddeler “negatif katalizör” olarak adlandırılmıştır. Bu tür katalizörler genellikle

zincirleme reaksiyonlarda ortaya çıkarlar. Bunun sebebinin, katalizörün reaksiyon

basamaklarından birini durdurması olduğu genel olarak kabul edilmiştir. 3

Otokatalitik Reaksiyonlar: Bazı reaksiyonlarda reaksiyon hızı oluşan ürün konsantrasyonu

ile bir artış gösterir. Ürünün katalizör olarak rol oynadığı bu tür reaksiyonlar “Otokatalitik

Reaksiyon” adı verilmiştir. Bunlara genellikle mikro-organizmalar tarfından katalizlenen

enzim veya fermentasyon reaksiyonlarında rastlanır. Mekanizmaları oldukça karmaşık

olmakala birlikte genel olarak;

Organik Madde (Glukoz) + Maya ↔ Ürün (Alkol) + Daha Fazla Maya

şeklinde ifade edilebilirler.

Promoterler ve İnhibitörler: Prtikte Katalizör terimi ile sadece katalizör bünyesinde

bulunan aktif madde değil, bu katalizör yapısında bulunan tüm maddeler anlaşılır. Bu tür

ticari katalizörler, aktif madde ile birlikte, taşıyıcı (destek), promoter ve inhibitör olarak

adlandırılan diğer bazı maddeleri de yapılarında bulundururlar.

Taşıyıcı, katalizörün mekanik özelliklerini iyileştiren, kolaylıkla ve daha uzun süre

kullanımını sağlayan katalizör aktif maddesinin üzerine oturtulduğu veya adsorbe edildiği

katı maddelerdir.

Promoterler, katalizöre hazırlanışı sırasında katılan bir madde olup, aktif katalitik maddenin

aktivitesini ve seçimliliğini arttıran veya kararlılığını da arttırarak daha uzun süre

kullanılmasını sağlayan maddelerdir. Promoterler katalizör yapılarında çok düşük miktarlarda

bulunurlar ve kullanış amaçlarına bağlı olark çok çeşitlilik gösterirler.

İnhibitörler, promoterlerin tam tersidir. Katalizörlerin hazırlanışı sırasında çok küçük

miktarlarda ilave edilmeleri, katalizörün aktifliğini, seçimliliğini veya kararlılığını önemli

ölçüde azaltır. Inhibitörlerden genellikle, bir katalizörün istenmeyen bir yan reaksiyon için

olan aktifliğini azaltmak amacıyla yararlanılır.

Katalizör Zehirlenmesi (Katalizör Deaktivasyonu): Yukarıda belirtildiği gibi normal

olarak bir katalizörün aktivitesi zamanla azalır. Yeni bir katalizörün geliştirilmesinde ve

uygulamaya konulmasında ekonomik açodan göz önüne alınan en önemli faktör katalizörün

ömrüdür. Kullanma ömrünün çok kısa olmasından dolayı, çok aktif olan bir çok katalizör

uygulamaya konmadan bırakılmıştır. Bu yüzden, katalizörlerin aktifliklerini nasıl

kaybettiklerinin anlaşılması oldukça önemlidir. Aktif merkezler kavramına göre katalizör

deaktivasyonu, akışkan akımında zaman ilerledikçe birim yüzey alanındaki aktif

merkezlerdeki azalma yada reaktanların ürün moleküllerine dönüşümündeki azalma olarak

tanımlanmaktadır. Bazı sistemlerde, katalizör aktivitesi çok yavaş azaldığı halde (Amonyak

üretiminde Pt katalizörler), bazı sistemlerde (hidrokarbon reaksiyonları, petrol endüstrisi)

katalizörler saniyelerle ifade edilebilecek derecede hızlı deaktive olurlar.

4

Katalizör aktivitesindeki yavaş azalma genellikle reaktanların, ürünlerin veya reaktör

karışımında bulunan bazı safsızlıkların katalizör yüzeyine olan kimyasal adsorpsiyonundan

ileri gelirken, hızlı deaktivasyon genellikle katalizörün aktif merkezini kapatan katı madde

çökelmelerinden ileri gelebilmektedir. Deaktivasyona sebep olabilecek prosesler 3 ana grupta

toplanmıştır.

1. Yapısal değişmeler (yeniden yapılanma): Katalizörde ve katalizör yüzeyinde

yeniden yapılanmaya sebep olan yapısal değişmelerdir. Kristallerin sinterleşmesiyle

kristal planlarının yeniden yapılanması, yüzey yapılarında olan değişiklikler, metal-

destek iç etkileşimleri, alaşımlaşma ve alaşımların bozunması örnek olarak verilebilir.

2. Kuvvetli kimyasal adsorpsiyon: Reaktanların, ürünlerin yada kirliliklerin aktif

merkezlerde kuvvetli kimyasal adsorpsiyonudur.

3. Çökelme veya depositlenme: Karbon bazlı materyallerin katı yüzeyi veya

gözeneklerine çökelerek katalizörle reaktan temasını kesmesi veya gözeneklerdeki

difüzyonu engellemesiyle ortaya çıkan deaktivasyondur. Genellikle reaksiyon

sırasında oluşan yan ürünler sonucu ortaya çıkar.

Sinterleşme dışındaki aktivasyon kaybı katalizör zehirlerinden ileri gelmektedir. Katalizör

Zehirleri, reaktan karışımında bulunan veya reaksiyon (veya reaksiyonlar) tarafından üretilen

ve katalizörün aktivitesini azaltan maddeler olarak tanımlanmıştır. Bazı durumlarda, katalizör

zehirlerinin etkilerini azaltmak ve katalizörün çalışmasını olumlu yönde etkilemek için,

reaktanlara hızlandırıcı denilen maddeler katılabilmektedir. Çeşitli katalizör zehirleri şöyle

özetlenebilir.

1. Çökelmiş Katalizör Zehirleri: Petrol endüstrisinde karbonun katalizör yüzeyine

çökelmesi bu tür zehirlere örnek olarak verilebilir. Çöekelen karbon katalizör yüzeyini

ve gözenek girişlerini kapatarak reaksiyon hızının azalmasına hatta durmasına sebep

olabilmektedir. Çöken karbonun hava veya su buharı ile yakılması ile rejenerasyon

işlemi gerçekleştirilebilir. Böyle durumlarda reaktör tasarımı aşamasında rejenerasyon

işlemini sağlayacak önlemlerin alınması gerekir.

2. Kimyasal Olarak Adsorplanmış Katalizör Zehirleri: Özellikle kükürt bileşikleri

kimyasal olaraknikel, bakır, platin gibi metal katalizörler üzerine adsorplanırlar ve

yavaş yavaş katalizörün aktifliğini azaltırlar. Katalizör zehiri genel olarak

adsorplanmak suretiyle katalizörün aktif merkezlerini işgal eder ve reaktanların bu

noktalara adsırpsiyonunu engeller. Aktivite azalması zehirler, reaktanlar ve katalizör

arasındaki denge sağlanınca durur. Katalizör zehirlerinin katalizör yüzeyine çok sıkı

bağlanmaları durumunda genellikle rejenerasyon mümkün olmaz ve katalizörün

değiştirilmesi gerekir. 5

3. Seçimliliği Etkileyen Katalizör Zehirleri: Bazı durumlarda, reaktan karışımında

bulunan bazı maddeler katalizör yüzeyine adsorplanarak istenmeyen yan reaksiyonları

katalizleyebilmektedirler. Petrol endüstrisinde katalizörler üzerinde çok az miktarda

biriken nikel, vanadyum, demir gibi metaller dehidrojenasyonkatalizörü olarak

hareket ederler ve benzin verimini azaltırlar (H2 ve C oluşmasına sebep olurlar.)

4. Kararlılığı Etkileyen Katalizör Zehirleri: Bu tür kataalizör zehirleri genellikle

taşıyıcının yapısını değiştirerek, katalizörün çalışma ömrünün azalmasına sebep

olurlar. Ayrıca, yüksek sıcaklıklarda sinterleşme ve kısmi ergime katalizörün ömrünü

önemli ölçüde azaltır. Örneğin, SO2-hava sistemlerinde, Pt-Alumin katalizörlerde su

buharının alumin üzerine adsorpsiyonu neticesinde aluminin yapısı değişir ve

katalizörün ömrü kısalır.

5. Difüzyonu Etkileyen Katalizör Zehirleri: Reaktan karışımında bulunan veya

reaksiyon sonucunda oluşan bazı katıların, katalizörün gözeneklerini doldurması

nedeniyle, akışkan reaktan veya ürünlerin katı içersindeki hareketleri (difüzyonu) çok

güçleşir veya tamamen imkansız hale gelir. Bu yüzden reaksiyon hızı önemli ölçüde

azalabilir veya durabilir.

Katalizörlerin sınıflandırılması

Katalizörler kullanıldıkları proseslere göre sınıflandırılmaktadır. En genel şekliyle, homojen

katalizörler, heterojen katalizörler ve biyokatalizörler (enzimler) olmak üzere 3 sınıfa

ayrılabilirler. Katalizörlerin sınıflandırılmasını şematik olarak aşağıdaki gibi gösterebiliriz.

1. Homojen Katalizörler: Homojen katalitik reaksiyonlarda katalizörler ve reaktanlar

aynı fazda yer almaktadır. Bu durumda kullanılan katalizörler homojen katalizörler

olarak adlandırılır. Homojen katalizörlerin en büyük dezavantajı, ürünün katalizörden 6

ayrılmasının zor olması ve yüksek maliyet getirmesidir. En önemlileri asit-baz

katalizörleri ile geçiş metalleri bileşikleridir. Homojen katalitik reaksiyonlar

endüstriyel uygulamaların % 10-15’i civarını oluşturur. Dolayısıyla endüstride

kullanım alanları daha sınırlıdır. Reaksiyonlar gaz faz veya sıvı fazda gerçekleşebilir.

Bazı durumlarda, homojen katalizörler katı yüzeylerine adsorbe edilerek

(tutuklanarak) heterojen katalizör olarak da uygulanabilirler (heterogenized

homogenous catalysts). Böylelikle bu sistemleri heterojen sistemler gibi analiz etmek

mümkün olur.

2. Heterojen Katalizörler: Katalizör fazının reaksiyon ortamının fazından belirgin bir

şekilde farklı olduğu durumdaki katalizörler heterojen katalizör olarak adlandırılır.

Heterojen katalizör çoğunlukla katı halde olup gaz ve sıvı reaktanlarla temas

etmektedir. Heterojen katalizörün en önemli özelliği gaz yada çözelti fazda bulunan

reaktanlar katalizör yüzeyine tutunmaktadır. Heterojen katalizörlerin ticari olarak

kullanılması uygundur. Heterojen katalizörlerde ürün kalitesi yüksek olup kontrolü

iyidir. Heterojen katalitik reaksiyonlarda akışkan fazdaki reaktan katı katalizör

üzerinden geçmektedir. Bu tip katalizörler günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Başlıca heterojen katalizör çeşitleri aşağıdaki tablodaki gibi özetlenebilir.

Heterojen katalizörler genellikle Aktif Bileşen, Destek yada Taşıyıcı Bileşen ve

Güçlendiriciler olmak üzere üç bileşenden meydana gelmiştir.

7

Aktif Bileşen: Kimyasal reaksiyonu katalizleyen bileşendir. Katalizör tasarım veya seçim

aşamasında ilk karar verilmesi gereken aktif bileşendir

Destek: Bu bileşen bir çok fonksiyonu yerine getirir. En önemlisi aktif bileşen için yüksek

yüzey alanı sağlamasıdır. γ-Al2O3, SiO2, aktif C (karbon), killer ve zeolitler kullanılan destek

çeşitlerine örnek verilebilir. İdeal olarak desteğin yan reaksiyonlara yol açacak katalitik

aktivitesi olmamalıdır.

Güçlendiriciler: Yapıya küçük miktarlarda eklenmeleri ile istenen aktiviteye kolaylıkla

ulaşılmasını sağlarlar, aynı zamanda seçiciliği ve kararlılığı da arttırırlar. Aktif bileşene ve

desteğe yardımcı olmak için eklenirler

Katalizör seçiminde, diğer bir deyişle homojen veya heterojen katalizör seçiminde reaktanlar,

reaksiyon şartları, verim ve ürün kalitesi ve prosesin maliyeti gibi faktörleri dikkate almak

gerekir. Homojen ve heterojen katalizörlerin genel bir karşılaştırılması aşağıdaki gibi

verilebilir.

3. Biyokatalizörler (Enzimler): Biyokatalizörler çoğunlukla sadece canlı organizmalar

tarafından üretilebilen proteinler olan enzimlerdir. (Canlı bünyelerde gerçekleşen

8

reaksiyonlarda katalizör görevi yapan protein molekülleri enzim olarak

adlandırılmıştır.) Son zamanlarda canlılarda katalizör işlevi gören bazı RNA

moleküleri de keşfedilmiştir. Biyokatalizörler yaşam sistemindeki tüm kimyasal

reaksiyonlardan sorumludurlar. Çok iyi seçicilikleri ve aktiviteleri vardır. Kimyasal

katalizörlerden farklı olarak, enzim katalizörlerin moleküler şekli biyokimyasal

reaksiyon ve seçicilik için önemlidir. Enzim katalizörler, enzimlerin kimyasal yapısına

göre değil de katalitik etkisine göre sınıflandırılmaktadır. Enzim katalizörler,

fermantasyon proseslerinde kullanılmaktadır.

Katalitik Reaksiyonların Mekanizmaları

Genel olarak kabul görmüş katalizleme mekanizmasına göre, katalizör ilk öncebir veya daha

fazla rektan ile çok zayıf molekül içi bağlara sahip bir ara kompleks oluşturur. Bu ara

kompleks molekül içi bağlarının zayıflığı nedeniyle kararsızdır ve bu kararsız ara ürün, daha

sonra son ürünü ve katalizörü geri vermek üzere tekrar reaksiyon verir. Aynı mekanizma hem

homojen, hem de heterojen katalitik reaksiyonlar için kabul edilmiştir.

Homojen bir katalitik reaksiyon olan etil asetatın asit katalizörlüğündeki hidrolizi aşağıdaki

gibi gösterilebilir.

CH3-COOC2H5 + H+ ↔ CH3COOC2H5[H+] (1)

CH3COOC2H5[H+] + H2O ↔ C2H5-OH + H+ + CH3COOH (2)

Önce bir ara ürün oluşması ile reaksiyon iki aşamada oluşur. 1 ve 2 Reaksiyonlarının her

birinin aktivasyon enerjisi, katalitik olmayan;

Reaksiyon iki basamakta

CH3-COOC2H5 + H2O ↔ C2H5-OH + CH3COOH

Reaksiyonun aktivasyon enerjisinden daha düşüktür.

Heterojen katalitik reaksiyonlar da aynı mekanizmaya uyarlar ve etilenin katalitik

hidrojenasyonu şöyle düşünülebilir.

C2H4 + X1 ↔ C2H4[X1] ∆E1 (1)

C2H4[X1] + H2 ↔ C2H4[X1]H2 ∆E2 (2)

C2H4[X1]H2 ↔ C2H6 + X1 ∆E3 (3)

Burada X1 katı katalizördeki bir aktif merkezi, C2H4[X1]H2 de reaktanlarla katalizör

arasında oluşan kompleksi temsil etmektedir. Katalitik olmayan homojen reaksiyon ise,

9

C2H4 + H2 ↔ C2H4[H2] (aktif komplex) → C2H6∆E*

şeklinde gösterilebilir. Burada ∆E* katalitik olmayan reaksiyon için aktivasyon enerjisidir.

Yapılan araştırmalar katalitik olmayan homojen reaksiyonun hızının;

r homojen = 1027 x e (- 43 000/RT) olduğunu,

buna karşılık CuO-MgO katalizörlüğünde yapılan katalitik heterojen reaksiyonun hızının,

rkatalitik = 2 x 1027 x e (- 13 000/RT) olduğunu göstermiştir.

Görüldüğü gibi katalizör kullanılması aktivasyon enerjisinde büyük bir düşüşe sebep

olmuştur. 600 K için izafi hız;

r katalitik / r homojen = e(43000 – 13000) / 600R = 1011 olur. (100 Milyar)

Buradan da katalizörlerin reaksiyon hızlarını ne derece arttırdığı kolaylıkla anlaşılabilir.

Katalizör Seçimi

Bir katalizörün bir endüstriyel proses için uygun olup olmadığı katalizörün aşağıda verilen 3

özelliğine bağlıdır.

1. Katalizörün Aktivitesi

2. Katalizörün Seciciliği

3. Katalizörün Kararlılığı (Deaktivasyon süresi)

Katalizörün Aktivitesi: Aktivite katalizör mevcut olması durumunda reaksiyonun ne derece

hızlı meydana geldiğinin bir ölçüsüdür (Yukarıdaki örnekte olduğu gibi). Katalizörün

aktivitesi katalizör kullanarak ve kulanmadan gerçekleştirilen kinetik çalışmalardan elde

edilen hız ifadelerinin karşılaştırılması ile elde edilir. Reaksiyonla ilgili,

Reaksiyon Hızı: r = (1/V) (dNA/dt) = k f(CA),

Reaksiyon hız sabiti: k = A0 x e - (Ea

RT) (Ea = Reaksiyonun aktivasyon enerjisi,

k = Hız sabiti ve A0 = Arrhenius sabiti’dir)

Şeklinde verildiğinden, katalizör aktivitesi, reaksiyon hızlarına, reaksiyon hız sabitlerine veya

aktivasyon enerjisi büyüklüklerine göre ifade edilebir.

Katalizörlerin katalitik aktivitelerini ifade etmekte kullanılan bir diğer terimde “Turnover

Sayısı” (Dönüşüm Sayısı) dır. Genellikle katalitik enzim rekasiyonları için kullanılmakla

bitlikte, heterojen rekasiyonlar için de zaman zaman kullanılmaktadır. Enzim reaksiyonları

için, birim zamanda bir enzim molekülü tarafından ürüne dönüştürülen reaktan molekülü

sayısı olarak tanımlanmıştır. Heterojen katalitik reaksiyonlar için ise, birim aktif merkezde

birim zamanda reaksiyona giren molekül sayısı olarak tanımlanmıştır. Bu kavram katalitik

10

aktiviteyi doğru ölçmek için oldukça kullanışlı olmakla birlikte, aktif merkez sayısını kesin

olarak belirlemek oldukça güçtür. (adsorpsiyon çalışmaları gerektirir.)

Katalizörün Seçiciliği: Katalitik ortamda birden fazla reaksiyonun gerçekleştiği bir sistemi

şematik olarak aşağıdaki gibi göstermek mümkündür. Anlaşılacağı üzere, arzulanan

reaksiyonun yanısıra buna paralel veya seri halde farklı reaksiyonlar da gerçekleşebilir. Bu

durumda, katalizörün seçiciliği bir A reaktanına göre, A reaktanının istenilen P ürününe

dönüşen miktarının toplam harcanan A maddesi miktarına oranı olarak tanımlanmıştır. Bu

oran ne kadar yüksek ise katalizörün seciciliği de o derece yüksektir.

Katalizörün Kararlılığı: Katalizörün kimyasal, termal ve mekanik dayanıklılığı katalizörün

reaktördeki ömrünü belirler. Katalizörün kararlılığı ve ömrü, bozunma, zehirlenme ve karbon

çökelmesi gibi bir çok farklı faktörden etkilenir. Katalizörün deaktivasyonu ve seçiciliği,

aktivite veya seçiciliğin zamanla değişimi incelenerek ortaya konur. Proses esnasında aktivite

kaybına uğrayan katalizörler genellikle rejenere edilerek uzun süre kullanılabilir. Bununla

birlikte katalizörün çalışma ömrü katalizörün ekonomikliğini belirleyen en önemli

faktörlerden biridir. Katalizör seçiminde önem sırasını;

Seçicilik > Kararlılık > Aktivite

olarak vermek mümkündür.

11