Как выглядит катализатор: Что такое катализатор на автомобиле, зачем он нужен и что будет, если его убрать

Содержание

Что такое катализатор на автомобиле, зачем он нужен и что будет, если его убрать

Автомобиль в системе выхлопа имеет каталитический нейтрализатор, который часто выходит из строя из-за некачественного топлива. Давайте разберемся, что это такое, для чего нужен и что делать в случае засора.

Что такое катализатор

Катализатор предназначен для очистки вредных выхлопов. Он расположен в системе выпуска, в процессе его работы происходят химические реакции: опасные вещества переходят в безопасные формы, после чего выбрасываются вместе с выхлопом. Пройдя этот путь выхлопные газы становятся чище. И как результат, автомобиль наносит меньший вред окружающей среде. 

Схема катализатора

Нейтрализатор работает только после нагрева до 300°C, сразу после запуска двигателя очистка не происходит.

Устройство каталитического нейтрализатора

Основой катализатора являются керамические или металлические соты. В зависимости от модели на стенки сот наносится микрослой из палладия и родия или иридия. Эти металлы обладают высокой химической активностью. Касаясь напыления, часть выхлопа входит с ним в химическую реакцию. Часть элементов, образовавшихся при сгорании топлива, связывается.

Современные катализаторы трехкомпонентные.

  • Первый элемент связывает оксиды азота.
  • Второй - удаляет часть несгоревших элементов топлива. В большей части удаляется окись углерода.
  • Третий элемент — это датчик. Он анализирует газы на выходе из катализатора, данные передаются в бортовой компьютер.

Трехкомпонетные катализаторы

Неисправности катализатора и их причины

Производители пишут, что срок службы нейтрализатора 100–150 тысяч километров. Но на практике проблемы могут возникнуть и при меньшем пробеге, особенно в больших городах, где часто приходится стоять в пробках.  

В зависимости от особенностей эксплуатации, замена каталитического нейтрализатора может производиться раз в 3–7 лет.

Основной причиной неисправности становится выгорание слоя металлов, покрывающих соты. Это естественный процесс, в результате которого качество выхлопа ухудшается. Бортовой компьютер показывает горящий «чек», а в некоторых случаях и вообще не позволяет мотору работать, выключая зажигание.

Ускоряет процесс выгорания и некачественное топливо. Зачастую у бензина увеличивают октановое число путем добавки свинца, это усиливает нагрузку на катализатор, уменьшая срок эксплуатации. В ситуации с дизельным топливом выход из строя может ускорить сам владелец, используя в зимнее время добавки-«антигель».

В некоторых случаях причиной поломки может стать неисправный двигатель. При неправильно выставленном зажигании и проблемах в системе питания (последнее особенно актуально для дизельных двигателей) выгорание каталитического слоя ускоряется.

Соты каталитического нейтрализатора

Диагностика автомобильного катализатора

Определить неисправность можно по нескольким признакам:

  • На панели приборов загорелась лампочка “Check Engine”. Она включается при любых ошибках мотора. В нашем случае, как результат нехарактерных показателей датчика, лямбда-зонд. Точно определить, что причина в катализаторе может диагностика сканером.
  • Снижение мощности двигателя. При неисправном катализаторе машина начинает троить, дергаться, хуже разгоняется. Причина в снижении пропускной способности каталитического нейтрализатора, связанной с частичным разрушением сот: они запекаются, забивают проход для выхлопных газов. В итоге мотор «задыхается».
  • Грохот под днищем. Обычно проявляется на высоких оборотах, изредка сразу после запуска. Причина в частичном разрушении керамической конструкции сот. Отпавшие частицы начинают биться о стенки катализатора под воздействием потока газов и центробежных сил.
  • Недостаточно сильный или ровный напор газов из глушителя. При исправном нейтрализаторе, поднеся руку к выхлопной трубе, можно ощутить слабую пульсацию, она возникает вследствие поочередной работы выпускных клапанов. Если поток ровный или ослабленный, вероятно проблема в разрушенных сотах катализатора.

Каталитический нейтрализатор не выходит из строя резко и неожиданно. Обычно перед отказом начинаются мелкие проблемы из списка выше.

Катализатор в разборе

Оригинал или аналог

Оригинальный катализатор - довольно дорогая вещь. Он не производится в нашей стране, все детали в автомагазинах импортные, поэтому на увеличение цены влияют пошлины.

При этом, в случае использования оригинальной детали, автомобиль сохраняет все режимы работы двигателя. Это положительно сказывается на экологии, а также на ресурсе мотора.

Все описанные ниже способы замены катализатора, носят только ознакомительный характер. Не рекомендуется пользоваться данными методами самостоятельно!

Из-за высокой цены автолюбители ищут альтернативу. Вариантов несколько:

  • универсальный катализатор;
  • пламегаситель.

Под универсальным катализатором подразумевается сразу две группы деталей. Первая — катализатор, подходящий под любой автомобиль. Довольно дорогая вещь, но работает безотказно. Второй вариант — блок с сотами. В этом случае в старый катализатор устанавливают новые соты. Недостатком данного варианта считается сложность с выбором сервиса для ремонта, не везде возьмутся за такую работу. Срок службы универсального нейтрализатора 60–90 тысяч километров.

Съём/Установка катализатора

Более дешевый и распространенный способ — пламегаситель. Он может быть готовым, просто предназначенным для установки вместо катализатора. Другой вариант — установка пламегасителя непосредственно в корпус нейтрализатора. Такой способ несколько сложнее, но позволяет скрыть факт замены детали при продаже автомобиля.

Иногда водители просто выбивают соты из корпуса. Способ дешевый, но может привести к увеличению уровня шума и урону экологии.

Особенности удаления катализатора из выхлопной системы

Ниже рассмотрим, какие нюансы удаления катализатора стоит учитывать. В первую очередь, нужно решить, как будет обходиться лямбда-зонд. После удаления нейтрализатора, датчик будет постоянно выдавать ошибку.

Чтобы обойти датчик, обычно делают обманку. Это проставка, которая отдаляет датчик от выхлопных газов, в результате он фиксирует больше кислорода. Обманку вкручивают на место датчика, и уже в нее устанавливают прибор. Такая система работает стабильно, хоть и имеет большое количество минусов. 

  • Любое вмешательство в конструкцию автомобиля приводит к снятию его с гарантии. Подумайте, что будет, если возникнет неисправность двигателя, которая попадает под гарантийный случай.
  • Невозможность пройти государственный техосмотр. Бортовой компьютер вы обманули, но вот при проверке на стенде, обман вскроется. В итоге, вы получите запрет на эксплуатацию транспортного средства. Со станции СТО, вы поедете уже на эвакуаторе.

Еще можно сделать перепрошивку ЭБУ. В результате система будет считать, имеющиеся показатели за норму. Для такой работы требуются дополнительные знания, а также программное обеспечение.

Предупреждения на приборной панели

При перепрошивке нарушаются нормальные циклы работы мотора. Он начинает работать в неправильном режиме. Это снижает ресурс силового агрегата примерно в два раза. В результате перепрошивка вместо экономии принесет вам только больше расходов.

Заключение

В случае возникновения проблем с катализатором, необходимо его заменить. Оптимальным решением будет установка оригинального нейтрализатора. Все аналоги и обманки могут привести к ускоренному выходу двигателя из строя, сделают невозможным получение диагностической карты, а также создадут дополнительную нагрузку на экологию.

Что такое автомобильный катализатор и как проверить (или удалить)

Одной из систем очистки выхлопных газов автомобиля является каталитический нейтрализатор отработавших газов, который называют катализатором или нейтрализатором, хотя это то же самое. Расскажем что это такое и как проверить самому, рассмотрим основные причины, если он забит.

Что это такое

Катализатор — устройство, которое располагается в выхлопной системе и нужно для очистки выходящих оттуда газов. С помощью химических реакций в данном устройстве вредные вещества превращаются в менее пагубные, которые выходят наружу. Т.е. из выхлопной трубы после его работы выходит воздух с минимальными загрязнениями.

Катализатор начинает работать только после нагревания, т.е. при пуске холодного двигателя он бездействует.

Вместе с ним работают кислородные датчики, которые определяют состав смеси и соотношение воздуха с бензином в горючей смеси. Ведь от этого соотношения зависит, какая будет смесь: обогащённая или обеднённая. Кислородные датчики, в зависимости от показаний, управляют работой катализатора.

Располагается катализатор в выхлопной трубе между двигателем и глушителем, закрытое снизу (обязательно!) дополнительным экраном, потому что при сильном нагреве он раскаляется почти докрасна.

Как проверить: работает или нет

У катализатора бывает ТРИ состояния: рабочее, полурабочее, нерабочее. Рассмотрим эти три состояния и как ведет себя машина при каждом из них. В рабочем состоянии машина работает нормально, лампочка ошибки на панели приборов не загорается при работе двигателя, претензий ни к чему нет.

В «полурабочем» состоянии начинаются проблемы. Машина ведет себя как-то не так:

  • Временами (или всегда) пропадает тяга и «приемистость» на больших оборотах; вчера «тянула» нормально, а сегодня ее вроде бы что-то «за зад держит».
  • По утрам и в состоянии «на горячую» машина стала заводиться хуже, двигатель приходится долго «гонять» стартером, чтобы завелся.
  • Иногда «куда-то пропадают обороты»: давите на педаль газа, а стрелка тахометра с трудом добирается до двух или четырех тысяч и там останавливается. Машина начинает чрезмерно потреблять бензин.

Возможна еще такая проверка — подтверждение «полурабочего» состояния. Когда у Вас начались подобные проблемы, надо завести двигатель и «утопить» педаль до упора. Если двигатель начнет медленно поднимать обороты и остановится где-то на двух-трех тысячах, а дальше — ни в какую — возможны проблемы с катализатором.

В «нерабочем» состоянии машина заводится долго, а когда заведется – то глохнет почти сразу же или не заводится, т.е. даже не «схватывает».

«Третье состояние» проверить просто: надо в момент пуска машины подойти к выхлопной трубе и посмотреть (почувствовать, например, приложенной рукой) – идут оттуда выхлопные газы или нет.

Как удалить катализатор авто

Вопросы экологии и покупки нового не рассматриваем – 99% автолюбителей просто удаляют его, т.к. новый катализатор стоит дорого из-за содержания в нём платины. Хочется предостеречь от распространенной ошибки: всегда удаляйте его полностью, а не пробивайте только отверстие. Кто даст гарантию, что время это отверстие не забьется?

После удаления внимательно осмотрите внутренность той емкости, в которой находился катализатор и увидите «прикипевшую» к поверхности металлическую сеточку, одну или несколько. Ее удаляйте тоже.

Можно вырезать катализатор и вварить гофровую трубу. Это даст не жесткое соединение мотора и выпускной системы, а также дополнительное охлаждение газов.

Возможно ли почистить катализатор

Это зависит от степени и вида загрязнения. Если он забился серой и парафином после заправки плохим бензином — то ничего не поможет. В этом случае меняют на новый или ставят обманку. Другое дело, если забился серой. Специальная автохимия его может очистить.

Как проверить катализатор на машине и определить его неисправность

Катализатор автомобиля является важной деталью выхлопной системы, которая выполняет две функции: очищает отработавшие газы перед выбросом в атмосферу и снижает дополнительное сопротивление для них. Он расположен на днище автомобиля между глушителем и выпускным коллектором. Устанавливается катализатор, как на бензиновые, так и на дизельные моторы, то есть используется в каждом автомобиле с двигателем внутреннего сгорания.

Водитель автомобиля должен контролировать работу катализатора, поскольку от него зависит мощность двигателя. Загрязненный или поврежденный катализатор приводит к повышенному расходу топлива и понижению динамики автомобиля. При первых симптомах необходимо проверить катализатор на машине, что можно сделать самостоятельно или в сервисе.

Признаки неисправности катализатора на машине

Водитель, даже с малым опытом, без проблем сможет определить наличие неисправности в системе выпуска, которая, чаще всего, связана с катализатором. Если отработавшие газы начали плохо проходить на выхлоп, это отразится следующим образом на «поведении» машины и мотора:

  • Машина начнет с трудом набирать скорость. При этом проблема чувствуется до определенного момента, который зависит от степени загрязненности или повреждения катализатора. Например, при разгоне по загородной трассе автомобиль медленно будет увеличивать скорость на низких передачах, а при переходе на повышенную (и набор высокой скорости) он начнет работать в обычном режиме. Может сложиться ощущение, что сзади в автомобиле находится тяжелый груз, из-за чего разгон происходит медленно;
  • Горит лампочка Check Engine. При сильном загрязнении катализатора некоторые электронные блоки управления зажигают лампочку с требованием проверки двигателя, чтобы водитель понимал о наличии неисправности. При этом на бортовом компьютере может загореться оповещение об ошибке P0420 – проблема с эффективность мотора;
  • Повысился расход топлива. Из-за загрязненного катализатора увеличивается расход топлива. Обращайте внимание, что повышение расхода говорит о неисправности в системе выхлопа только в том случае, если имеется проблема с медленным набором скорости.

Если катализатор сильно поврежден или забит, двигатель может не заводиться. Или же мотор будет стартовать, но через несколько секунд работы глохнуть.

Почему выходит из строя катализатор

Как было отмечено выше, если имеются проблемы с катализатором, то это его забитость грязью или деформация. Чаще всего к выходу из строя катализатора ведут следующие причины:

  • Использование низкокачественного топлива. Если топливо-воздушная смесь не успевает полностью сгореть в камере сгорания, она догорает в коллекторе или катализаторе. Это приводит к оплавлению элементов выхлопной системы, вследствие чего продукты сгорания застревают в катализаторе, тем самым мешая воздуху проходить с требуемой скоростью;
  • Плохой катализатор. Если используется неоригинальный катализатор, то велик риск приобрести модель, в которой ячейки («соты») имеют маленький диаметр, из-за чего они быстро забиваются продуктами сгорания. Также такая проблема может наблюдать у автомобилей, разработанных для американского рынка, где качество топлива значительно выше, и от него остается меньше продуктов сгорания, в таких машинах устанавливают катализаторы с маленькими «сотами»;
  • Проблемы в работе двигателя. Однозначно сказать, что приводит к увеличению продуктов сгорания в выхлопе при проблемах с двигателем, невозможно без проведения диагностики. При этом забитый катализатор часто является симптомом наличия неисправностей в моторе;
  • Поездки по плохим дорогам. При регулярной неаккуратной езде по плохим дорогам катализатор может получить механическое повреждение. Удар по катализатору приведет к разрушению «сот» или их деформации. Также такая проблема может наблюдаться после неудачной попытки преодолеть препятствие (бордюр или «лежащего полицейского»).

Проблемы с катализатором способны привести к выходу из строя дорогостоящих элементов двигателя. Рекомендуется в кратчайшие сроки устранить проблему, предварительно ее диагностировав.

Как проверить катализатор на машине

Диагностировать неисправность катализатора водитель может самостоятельно, при наличии должных знаний и необходимого оборудования. Также практически любой автомобильный сервис выполняет платную проверку катализатора. Можно выделить 3 основных способа, как проверить катализатор.

Метод 1: Визуальный осмотр

Наличие проблем в работе катализатора можно определить «на глаз». Если корпус детали деформирован, велик шанс, что повреждены «соты» катализатора. При этом снаружи не получится осмотреть устройство на забитость грязью и продуктами сгорания, соответственно, потребуется снимать катализатор с автомобиля.

Проблема кроется в том, что снять катализатор с автомобиля довольно трудно. Для этого потребуется яма или подъемник, поскольку система выхлопа находится на днище машины. Кроме того, у каждой модели машины свой принцип демонтажа устройства, с которым можно ознакомиться в технической литературе по конкретному автомобилю. Также проблемой является «прикипание» фиксатора катализатора, из-за чего часто снять деталь удается только с использованием «болгарки».

Сняв катализатор, необходимо осмотреть его на наличие просветов. Забитый грязью катализатор можно почистить или заменить на новый.

Важно: Не на всех автомобилях конструкция катализатора позволяет осмотреть его внутренности и определить их чистоту.

Метод 2:  Проверка на противодавление

Самый распространенный метод проверки катализатора на машине, который не требует его демонтажа. Суть проверки на противодавление заключается в том, что измеряется давление выхлопа машины, которое после сравнивается с идеальными показателями. Для диагностики автомобиля подобным способом потребуется манометр и импровизированный переходник для его подключения.

Как в первом методе, машину лучше поднять или загнать на яму. Далее необходимо снять первый лямбда-зонд (он же датчик кислорода), и на его место подключить манометр. Поскольку напрямую вкрутить его не получится, необходим переходник, которым может выступать резиновый шланг. Важно его соединить таким образом, чтобы создать полную герметичность. После этого двигатель заводят и поднимают обороты до 2500-3000 за секунду, поддерживая их 10-15 секунд. За это время необходимо зафиксировать показания манометра. Далее значения сравниваются со следующими данными:

  • 0,3 кгс/см2 – катализатор в норме;
  • 0,35 кгс/см2 – если двигатель не дорабатывался, значение повышенное. Для доработанных моторов показатель в норме;
  • 0,5 кгс/см2 и выше – имеются явные проблемы с катализатором.

Выше названы средние цифры, которые могут быть применены, как ориентиры. В идеале, при диагностике лучше найти показания для конкретной модели машины.

Метод 3: Диагностика мотор-тестером

Мотор-тестер представляет собой комплект оборудования, которое позволяет определить состояние многих параметров машины на основе осциллограммы. При подобном способе проверки диагностическое устройство устанавливается вместо свечи зажигания, после чего двигатель стартует и снимаются осциллограммы. На их основе специалисты делают выводы о состоянии катализатора автомобиля.

Устранив вовремя проблемы с катализатором, можно избежать дорогостоящего ремонта двигателя и значительно снизить расход топлива.

Загрузка...

5 автомобилей, в которых нельзя вырезать катализатор

Фото: carnovato.ru

Среди российских автомобилистов стало модно удалять из выхлопной системы отработавший свой срок катализатор. Вместо него устанавливают пламегаситель, что позволяет сэкономить достаточно приличную сумму, ведь катализатор - не дешёвая деталь. Однако мало кто из водителей задумывается о том, что подобные изменения совсем не идут на пользу двигателю, более того, есть модели автомобилей, у которых категорически нельзя удалять катализатор.

Что будет после удаления?

Автомастерские, которые зарабатывают на удалении катализаторов, обычно рассказывают, что после их работы машина начнёт меньше расходовать топлива, увеличится мощность. Но самое главное - автовладельцу больше не придётся переживать о керамической крошке, которая может попасть в двигатель и сломать его. На самом деле автомобилист получит и ещё кое-что. Например, сильный шум при работе двигателя, который приправляется неприятным запахом от выхлопных газов.

Фото: drive2.ru

Когда катализатор нельзя удалить?

Есть и ещё один неприятный момент, с которым сталкиваются владельцы машин с моторами объёмом 1,4 и 1,6 литра. На таких автомобилях катализатор располагается в выпускном коллекторе и является неотъемлемой и важной частью выхлопной системы. После удаления катализатора некоторые автомобилисты стали замечать, что с двигателем произошли какие-то изменения, и они совсем не положительные.

Автомобилисты обратили внимание на то, что примерно через 20 тысяч километров пробега без катализатора их машины начали расходовать моторное масло, а двигатель стал работать ощутимо громче. Опытные мастера в автосервисе объяснили это явление тем, что на некоторых моделях автомобилей, удаление катализатора приводит к падению давления в моторе, из-за чего и появляется масложор. Больше всего такой проблеме подвержены такие машины, как KIA Rio и Hyundai Solaris с моторами 1,4 литра, Mazda 3, Renault Logan с 16-клапанным двигателем, а также Volkswagen Golf с мотором 1,2 литра.

При использовании любых материалов необходима активная ссылка на DRIVENN.RU

Как умирают катализаторы? | Мастер Глушитель

В этой статье речь НЕ пойдет о том, что такое катализатор, где и зачем он устанавливается, принцип работы и т.п. Об этом полно статей в интернете и их несложно найти.

Вы узнаете:

как именно умирают катализаторы?
как определить причину смерти вашего катализатора?
что с этим всем потом делать?
Зачастую умерший катализатор –это всего лишь следствие другой проблемы.

Итак, рассмотрим несколько катализаторов, снятых с авто. Попытаемся сравнить внешний вид поврежденного катализатора с исправным.

На фото исправный катализатор, мы видим ровные четкие контуры сот катализатора без оплавлений, трещин, разрушений и загрязнений.



Важно также посмотреть через соты на свет, т.к. соты могут быть оплавлены или разбиты внутри и внешне такой катализатор может выглядеть абсолютно нормально.

Выглядеть на просвет катализатор должен так:



Теперь рассмотрим наиболее распространенные случаи, когда катализатор пришел в негодность:

Оплавление сот



Вид катализатора с расплавленными сотами на просвет:



На фото видны многочисленные следы оплавления и спекания сот катализатора. Подобное явление характерно для катализаторов с керамическими сотами.

Как видно из фото выше, катализатор частично сохранил свою пропускную способность, но т.к. площадь поверхности его сот сильно уменьшилась в результате их спекания, подобные повреждения сопровождаются появлением ошибки Р0420, снижением динамики автомобиля, иногда увеличением расхода топлива.

Такие случаи происходят в результате попадания несгоревшей топливовоздушной смеси в катализатор, где она впоследствии сгорает. Температура горения гораздо выше температуры выхлопных газов, на которые рассчитан катализатор, как следствие — оплавление сот.

Причины попадания топливовоздушной смеси в катализатор несколько:

Проблемы с зажиганием.
При пропуске или слишком позднем зажигании топливовоздушная смесь полностью или частично попадает в выхлопную систему и воспламеняется в ней.

На что смотреть?

на свечи
На что обратить внимание: Повреждения или загрязнения изолятора, нагар (его цвет, равномерность, характер), зазор и состояние электрода, давность замены.

на высоковольтные провода
На что обратить внимание: Механические повреждения, слишком высокое сопротивление, давность замены.

катушки зажигания или модули
На что обратить внимание: Неисправность, давность замены.

Прогрев автомобиля на холостых оборотах.
При холодном запуске происходит обогащение топливовоздушной смеси, что вызывает неоптимальное ее сгорание. Сгорает она не полностью, и оставшаяся ее часть попадает в выпускную систему, где топливо конденсируется на холодных ее элементах (катализаторе). Где при прогреве двигателя и повышении температуры выхлопных газов оно воспламеняется и расплавляет соты.

Чтобы этого избежать, греть двигатель нужно В ДВИЖЕНИИ! Это значит ехать на 2-3 передаче с оборотами 2-3 тыс. (для бензиновых авто) до начала движения температурной стрелки. Это наиболее щадящий и быстрый способ прогреть автомобиль.

К сожалению наш менталитет и ложные убеждения мешают большинству людей греть так мотор.

Особенно характерно эта проблема для катализаторов, расположенных близко к двигателю — на коллекторах и приемных трубах (реже).

Проблемы со смесеобразованием.
Проблема возникает при загрязнении форсунок некачественным топливом и как следствие неспособность распылить его нужным образом. Особенно часто встречается в системах непосредственного впрыска.

На что смотреть?

форсунки
подсос воздуха
топливный насос
забитый топливный фильтр
Загрязнение катализатора



На фото катализатор с забитыми черным налетом сотами.
Пропускная способность такого катализатора близка к нулю.
Признаки: масложор, сильное снижение динамики автомобиля, увеличение расхода топлива. Ошибки появляются 50/50.
Такой черный жирный налет в большинстве случаев является следствием износа цпг, маслосъемных колец и повышенном расходе масла. Масло из цилиндров попадает в выпускную систему, оседает на стенках коллектора и катализаторе. Постепенно оно там закоксовывается и забивает его.

На что смотреть?

цпг
На что обратить внимание: Компрессия, состояние маслосъемных колец, состояние стенок цилиндра, наличие черного жирного налета на выпускном коллекторе.
Стоит отметить, что для немцев, которым свойственен повышенный расход масла, данное явление не очень распространено. Производители знают об склонностях своих двигателей к масложору и учитывают это. Их катализаторы гораздо более устойчивы к подобным загрязнениям, у них немного больше ячейки сот, которые менее подвержены накоплению на себе критической массу «масляной сажи», более эффективно дожигая ее. Но и они рассчитаны только на исправный двигатель.

На фото ниже забитые металлические катализаторы с VW Touareg с пробегом более 330 000 км.



Они же с обратной стороны (какими должны быть):



Разрушение катализатора
Керамические катализаторы более подвержены разрушению, чем металлические, ввиду своей хрупкости.
Причины: резкий перепад температур (попадание воды из лужи на горячий катализатор), механические воздействия (удары, вибрация), износ, заводской брак, работа двигателя на предельных режимах.
На фото ниже один из примеров начала разрушения катализатора. Отчетливо видно ровную поверхность (как должно быть) и бугристую (как не должно быть).
Данный катализатор был установлен на Mazda 3 с двигателем 2,0 литра. Сама керамика была еще достаточно прочной на ощупь, но в результате жестких режимов эксплуатации авто и его пробега (около 280 000 км) началась разрушаться.



На фото еще один наглядный пример разрушения катализатора.
Автомобиль Nissan Murano с двигателем 3.5 литра. Пробег 250 000 км. Автомобиль участвовал в ДТП, в котором пострадала передняя часть автомобиля.
У этого автомобиля V-образный двигатель и 3 катализатора. 2 коллекторных катализатора и 1 под днищем.

На фото слева наглядно видно один из разрушенных катализаторов на коллекторе, покрытый трещинами и с отколотым куском. Этот же самый кусок мы нашли перед следующим катализатором. На ощупь керамика была достаточно хрупкая и крошилась двумя пальцами. С ближней к двигателю стороны катализатор имел характерные разрушения, рассмотренные выше. Возможные разрушения вполне могли быть спровоцированы ДТП (т.к. это был катализатор, расположенный со стороны бампера), и усугублены режимом эксплуатации двигателя.

Из катализатора под днищем при снятии высыпалось большое количество керамической пыли. Также отчетливо видны забитые соты (предположительно остатками первого катализатора).



Вывод: Почти всегда катализатор выходит из строя уже как следствие неграмотной эксплуатации, ДТП или других неисправностей двигателя и его систем. Замена или удаление катализатора зачастую не решает первоначальную проблему. Всегда необходимо проанализировать, что послужило причиной этого и устранить ее.

Сколько стоит катализатор? Каталог катализаторов, Стоит ли доверять каталогам катализаторов?

Каждый день нам приходится отвечаем на один и тот же вопрос:

«Сколько стоит тот или иной катализатор?»

На стоимость катализатора влияет ряд факторов:

1. Цена катализатора зависит от того, на какой рынок сбыта изначально был собран конкретный автомобиль. На европейские рынки поставляются более качественные катализаторы, чем в страны третьего мира. Фактически, обман начинается прямо с автомобильного завода. Для рынков, с жескими экологическими нормами, производятся катализаторы высшего качества, а для третьих стран - "пустышки".

2. Чем выше класс автомобиля, тем качественнее катализатор. Это связано с соблюдением экологических стандартов.

3. Чем больше срок службы автомобиля, тем меньше драгметаллов остается в катализаторе. Если снять 2-3 мм асфальтового покрытия с автобана, то содержание драгметалла будет около 30% от содержания среднего катализатора.

4. Спортивная езда способствуют более быстрому «опустошению» катализатора. Если удалить катализатор, автомобиль станет примерно на 10% мощнее, но вы не пройдете техосмотр.

5. Топливо. Некоторые присадки в топливе вымывают металлы из катализатора.

6. Катализаторы бывают с разным составом драгметаллов:

  • Pt, Pd + Rh – «классический» и самый старый вид катализаторов. Среднее содержание на одну тонну керамики (ppm): Pt – 1470, Pd – 900, Rh – 270. На сегодняшний день, это уже «вымирающий» вид.
    Средняя цена на данную категорию: 60 -80 евро/кг.
  • Pt + Rh – как правило, это катализаторы от дизельных или премиум-класса автомобилей.
    В таких катализаторах отсутствует палладий, но платины порядка 2500-5500 ppm. Стоимость этой категории катализаторов 80-160 eur/кг.
  • Pd + Rh – Отсутствует платина, но палладия порядка 3000-5500 ppm. Еще лет 10 назад такие катализаторы составляют около 40% от всего количества современных катализаторов, но с резким ростом палладия, производители все больше производят катализаторов с платиной.
    Средняя цена 80-260 евро/кг.

Из вышесказанного можно сделать вывод – невозможно определить стоимость катализатора без анализа!
Купля-продажа катализаторов «на глаз» или по каталогам – риск как для покупателя, так и для продавца.

Компании, покупающие катализаторы «на глаз», не имея возможности купить оборудования для анализа, стараются скупают катализаторы по самой низкой цене в своей категории.

Удаление катализатора в Казани

 

1 ЭТАП: Удаление катализатора

 

Выбиваем запрессованный катализатор. Чтобы правильно удалить катализатор, мы разрезаем корпус выпускного коллектора по заводскому шву.

Такой подход дает два важных преимущества:

  • металл имеет наибольшую толщину именно в области заводского соединения
  • не будет новых швов и следов доработки выхлопной системы

Разрезаем корпус по заводскому шву

 

2 ЭТАП: Зачистка металла в области сварного шва

 

Правильная и тщательная зачистка места сварки необходима, чтобы получить прочный и стойкий к коррозии сварной шов. Не допускается сварка по грязному металлу или попадание мельчайшей грязи в расплавленный металл. Так мы обеспечиваем гарантию отсутствия пор (пустот) в наших сварных швах, а значит шов никогда не треснет.

Зачищаем металл в местах будущей сварки

 

3 ЭТАП: Установка пламегасителя или надежного ремонтного металлического катализатора

 

Мы используем только качественные и надежные пламегасители MG-Race из нержавеющей стали от самого проверенного производителя. Его ресурс составляет минимум 100 тыс. км и за 6 лет у нас не было ни одного гарантийного случая.

Установка пламегасителя производится строго во внутрь штатного выпускного коллектора. Благодаря этому он будет закрыт от внешней агрессивной среды корпусом катализатора.

Благодаря пламегасителю звук работы выхлопной системы не меняется. Увеличивается ресурс штатной гофры, так как пламегаситель снижает температуру выхлопных газов и улучшает их отвод из двигателя.

Установленный пламегаситель

 

Мы длительное время тщательно подбирали подходящие и надежные ремонтные катализаторы, испробовали много различных вариантов от лучших производителей. Вариант, на котором мы остановились, выполнен из прочного металла и имеет плотность ячеек почти как у заводских катализаторов.

Благодаря индивидуальному подходу и профессиональным настройкам, вы не будете переживать по поводу риска увеличения расхода масла после удаления катализатора.

Так выглядит ремонтный катализатор

 

4 ЭТАП: Сварка

 

Сварка всех соединений производится только с помощью профессиональной аргонно-дуговой (TIG) сварки на оборудовании марки Grovers. Благодаря этому вы получаете красивые, прочные, стойкие к коррозии сварные швы, которые практически не отличить от заводских.

Оцените качество наших сварных швов:

 

5 ЭТАП: Установка выпускного коллектора

 

Выпускной коллектор с установленным в него пламегасителем или ремонтным катализатором аккуратно устанавливается обратно в автомобиль. Покрывшись со временем слоем пыли, сварные швы будет не отличить от заводских.

 

Катализатор

Катализатор - это вещество, которое ускоряет скорость химической реакции, но не расходуется в ходе реакции. Катализатор появится на стадиях механизма реакции, но не появится в общей химической реакции (поскольку он не является реагентом или продуктом). Как правило, катализаторы существенно изменяют механизм реакции, так что новые барьеры вдоль координаты реакции значительно ниже. При понижении энергии активации константа скорости значительно увеличивается (при той же температуре) по сравнению с некаталитической реакцией.

В мире существует множество типов катализаторов. Многие реакции катализируются на поверхности металлов. В биохимии огромное количество реакций катализируется ферментами. Катализаторы могут находиться либо в той же фазе, что и химические реагенты, либо в отдельной фазе.

Катализаторы

в одной и той же фазе называются гомогенными катализаторами , а катализаторы в разных фазах называются гетерогенными катализаторами .

Например, если у нас есть металлическая Pt в качестве катализатора реакции газообразного водорода и газообразного этена, тогда Pt является гетерогенным катализатором.Однако фермент в растворе, катализирующий биохимическую реакцию в растворе, является гомогенным катализатором.

Еще одна важная идея о катализаторах - их избирательность. То есть катализатор не просто ускоряет все реакции, а только очень конкретную реакцию. Это ключ ко многим химическим превращениям. Когда вы хотите произвести только определенное химическое изменение, вы ищете катализатор, который ускорит эту конкретную реакцию, но не ускорит другие. В этом отношении замечательны ферменты.Живые биологические системы требуют множества специфических химических превращений, и каждый из них катализирует уникальный фермент.


Типы катализаторов

Катализаторы могут находиться либо в той же фазе, что и химические реагенты, либо в отдельной фазе.

Катализаторы в одной и той же фазе называются гомогенными катализаторами, а катализаторы в разных фазах - гетерогенными катализаторами.

Например, если у нас есть металлическая Pt в качестве катализатора реакции газообразного водорода и газообразного этена, тогда Pt является гетерогенным катализатором.Однако фермент в растворе, катализирующий биохимическую реакцию в растворе, является гомогенным катализатором.


Влияние катализаторов

Эффект катализатора заключается в том, что он снижает энергию активации реакции.

Обычно это происходит потому, что катализатор изменяет способ протекания реакции (механизм). Мы можем визуализировать это для простой координаты реакции следующим образом.

В более общем смысле катализируемая реакция может иметь ряд новых барьеров и промежуточных продуктов.Однако самый высокий барьер теперь будет значительно ниже, чем предыдущий самый большой барьер. Например, ниже приведен пример пути реакции, который показывает каталитическую и некаталитическую реакцию. Путь с катализатором теперь состоит из двух ступеней и промежуточных частиц. Однако барьеры для обеих стадий намного ниже, чем в некаталитической реакции.


Как работают катализаторы?

Многие катализаторы работают одинаково. Они дают возможность молекулам реагента разорвать связи и затем образовать временные связи с катализатором.Это означает, что катализатор должен быть в некоторой степени реактивным, но не слишком реактивным (поскольку мы не хотим, чтобы эти связи были постоянными). Например, металлическая Pt служит катализатором многих реакций с участием газообразного водорода или газообразного кислорода. Это связано с тем, что поверхность Pt позволяет H 2 или O 2 разрывать свои связи, а затем образовывать атомные частицы, которые «связаны» с Pt. Однако эти новые связи могут быть достаточно слабыми, чтобы атомные частицы могли затем вступить в реакцию с другими молекулами и покинуть поверхность.Таким образом, после реакции металл Pt возвращается в свое первоначальное состояние. + (водн.) \; + \; O_2 (g)} & {\ rm Шаг \; 2} \\ {\ rm Mn (OH) _2 (aq) \; + \; H_2O_2 (l)} \; & \правая стрелка & \; {\ rm MnO_2 (s) \; + 2H_2O (l)} & {\ rm Шаг \; 3} \ end {array} \]

Таким образом, в чистой реакции нет изменений в MnO 2. Однако во время реакции он превращается в Mn 2+ , а также в Mn (OH) 2 . Катализатор может быть идентифицирован таким образом в механизме реакции, поскольку он сначала появляется в «реагентах», но затем подвергается риформингу. позже в реакции.

Катализаторы также могут функционировать, «удерживая» молекулы в определенных конфигурациях, одновременно ослабляя некоторые конкретные связи. Это позволяет катализатору существенно «помогать» химическим процессам, организуя реакции с подходящей геометрией, а также ослабляя связи, которые необходимо разорвать по координате реакции.


Ферменты

Ферменты - биологические катализаторы. Это белки, которые складываются в определенные конформации, чтобы ускорить определенные химические реакции. Для биохимических реакций реагент обычно называют субстратом. Субстрат превращается в продукт. Механизмы многих ферментов очень похожи. Субстрат (ы) и фермент связываются в комплекс. Физическое местоположение на ферменте, в котором связывается субстрат, называется «активным центром».После связывания этот комплекс может ослабить определенные связи в субстрате, что приведет к химическому взаимодействию с образованием продукта. Продукт слабо связан с субстратом, так что теперь он диссоциирует, и фермент может свободно связываться с другой молекулой субстрата.

Активные центры ферментов могут быть очень специфичными, так что фермент будет катализировать только очень специфическую реакцию для очень специфической молекулы. Обычно существует равновесие между связанным комплексом и свободным субстратом и ферментом, так что связывание может быть обратимым.Напротив, как только продукт образуется, обратная реакция обычно никогда не происходит.

Субстрат + фермент ↔ Комплекс → Продукт.

Активность многих ферментов может быть заблокирована молекулами, имитирующими субстрат, но не участвующими в химии. Эти молекулы затем эффективно «выключают» фермент, блокируя активный сайт и предотвращая связывание субстрата. Так действуют многие фармацевтические препараты. Такие молекулы обычно называют ингибиторами, поскольку они подавляют активность фермента.

Катализаторы | Химия для неосновных

Цели обучения

  • Определите катализатор.
  • Объясните, как катализаторы влияют на скорость химической реакции.

Куда ушло солнце?

Смог в Нью-Йорке. Любезно предоставлено доктором Эдвином П. Юингом-младшим, CDC / Викимедиа.

Транспортные средства с бензиновым двигателем выделяют много вредных веществ. Оксиды азота образуются, когда атмосферный азот реагирует с кислородом при высоких температурах, характерных для автомобильного двигателя.Окись углерода является побочным продуктом неполного сгорания углеводородов. Испаренное и неиспользованное топливо выбрасывает в атмосферу летучие углеводороды, способствуя образованию смога. Наличие каталитического нейтрализатора в выхлопной системе автомобиля заставляет эти материалы вступать в реакцию и превращаться в менее вредные продукты.

Катализаторы

Иногда в химическую реакцию может быть добавлено вещество, и скорость этой реакции резко возрастет. Перекись водорода используется в качестве дезинфицирующего средства для удаления царапин и порезов и содержится во многих аптеках в виде 3% -ного водного раствора.Перекись водорода естественным образом разлагается с образованием воды и кислорода, но реакция идет очень медленно. Бутылки с перекисью водорода хватит на несколько лет, прежде чем ее нужно будет заменить. Однако добавление небольшого количества оксида марганца (IV) к перекиси водорода приведет к ее полному разложению всего за несколько минут. Катализатор представляет собой вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции. После того, как реакция происходит, катализатор возвращается в исходное состояние, и катализаторы можно использовать снова и снова. Поскольку он не является ни реагентом, ни продуктом, катализатор показан в химическом уравнении над стрелкой выхода.

Катализатор работает, изменяя конкретный способ протекания реакции, называемый ее механизмом. Важным результатом использования катализатора является снижение общей энергии активации реакции (см. Рис. ниже).При более низком энергетическом барьере активации больший процент молекул реагентов может иметь эффективные столкновения, и скорость реакции увеличивается.

Рис. 1. Добавление катализатора в реакцию снижает энергию активации, увеличивая скорость реакции. Энергия активации некаталитической реакции обозначена Ea, а катализируемая реакция обозначена Ea ’. Теплота реакции (ΔH) не изменяется в присутствии катализатора. Изображение из фонда CK-12 - Кристофер Ауён.

Катализаторы - чрезвычайно важные части многих химических реакций. Ферменты в вашем теле действуют как природные катализаторы, позволяя важным биохимическим реакциям протекать с разумной скоростью. Химические компании постоянно ищут новые и лучшие катализаторы, чтобы ускорить реакцию и, таким образом, сделать компанию более прибыльной.

Сводка

  • Описывается функция катализатора.

Практика

Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

http: // www.youtube.com/watch?v=9KQdF1bnXHE

  1. Какая краска используется для синих джинсов?
  2. Что ферменты делают для синих джинсов?
  3. Перечислите три проблемы, которые существуют для некаталитических реакций.

Обзор

  1. На что влияет катализатор в химической реакции?
  2. Влияет ли процесс на процесс?
  3. Где мы указываем катализатор при написании химического уравнения?

Глоссарий

  • катализатор: Вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции.

7 фактов о катализе, которых вы можете не знать

Практически все в вашей повседневной жизни зависит от катализаторов: автомобили, стикеры, стиральный порошок, пиво. Все части вашего сэндвича - хлеб, сыр чеддер, жареная индейка. Катализаторы разрушают бумажную массу, чтобы получить гладкую бумагу в вашем журнале. Они очищают ваши контактные линзы каждую ночь. Они превращают молоко в йогурт, а нефть - в пластиковые молочники, компакт-диски и велосипедные шлемы.

Что такое катализ?

Катализаторы ускоряют химическую реакцию, снижая количество энергии, необходимое для ее запуска.Катализ является основой многих промышленных процессов, в которых используются химические реакции для превращения сырья в полезные продукты. Катализаторы являются неотъемлемой частью производства пластмасс и многих других промышленных изделий.

Даже человеческий организм работает на катализаторах. Многие белки в вашем теле на самом деле являются катализаторами, называемыми ферментами, которые делают все: от создания сигналов, которые двигают ваши конечности, до помощи в переваривании пищи. Они действительно важная часть жизни.

Маленькие дела могут иметь большие результаты.

В большинстве случаев вам нужно совсем небольшое количество катализатора, чтобы изменить ситуацию. Даже размер частицы катализатора может изменить ход реакции. В прошлом году аргоннская команда, в которую входил ученый-материаловед Ларри Кертисс, обнаружила, что один серебряный катализатор лучше справляется со своей задачей, когда он находится в наночастицах шириной всего в несколько атомов. (Катализатор превращает пропилен в оксиды пропилена, что является первым шагом в производстве антифриза и других продуктов.)

Это может сделать вещи более экологичными.

Промышленные процессы производства пластмассы и других предметов первой необходимости часто приводят к появлению неприятных побочных продуктов, которые могут представлять опасность для здоровья человека и окружающей среды. Лучшие катализаторы могут помочь решить эту проблему. Например, тот же серебряный катализатор на самом деле производит меньше токсичных побочных продуктов, что делает всю реакцию более экологически чистой.

По своей сути катализатор - это способ экономии энергии. А применение катализаторов в больших масштабах могло бы спасти мир лот энергии.Три процента всей энергии, используемой в США каждый год, идет на преобразование этана и пропана в алкены, которые, помимо прочего, используются для производства пластмасс. Это эквивалент более 500 миллионов баррелей бензина.

Катализаторы также являются ключом к открытию биотоплива. Вся биомасса - кукуруза, просо, деревья - содержит твердое соединение, называемое целлюлозой, которое необходимо расщепить для получения топлива. Поиск идеального катализатора для разрушения целлюлозы сделает биотопливо более дешевым и более жизнеспособным в качестве возобновляемого источника энергии.

Вычислительное моделирование открывает перспективы для создания лучших катализаторов и красивых изображений, таких как эта модель платинового катализатора, взаимодействующего с атомами кислорода (красный) и атомами водорода (белый). Изображение Риза Ранкина, Центр наномасштабных материалов.

Часто мы не понимаем, почему они работают.

Точные причины, по которым катализаторы работают, часто остаются загадкой для ученых. Curtiss работает в области вычислительного катализа: использует компьютеры для решения сложного взаимодействия физики, химии и математики, которое объясняет, как работает катализатор.

Как только они выяснят процесс, ученые могут попытаться создать катализатор, который работает еще лучше, путем моделирования того, как могут работать различные материалы. Возможные конфигурации новых катализаторов могут включать тысячи комбинаций, поэтому суперкомпьютеры лучше всего справляются с ними.

Когда Эдисон конструировал лампочку, он испытал буквально сотни различных нитей (вероятно, проверяя терпение своих лаборантов), прежде чем обнаружил карбонизированную нить.Воспользовавшись суперкомпьютерами и современными технологиями, ученые могут ускорить годы испытаний и сократить расходы, чтобы совершить прорыв.

Curtiss проводит моделирование на суперкомпьютере Argonne Blue Gene / P для разработки возможных новых катализаторов. «Поскольку суперкомпьютеры стали быстрее, мы смогли делать то, чего никогда не могли делать 10 лет назад», - сказал он.

Они могут оказаться незаменимыми для следующей большой революции в производстве аккумуляторов.

Новые эффективные литий-ионные аккумуляторы помогли превратить неуклюжие автомобильные телефоны в тонкие и элегантные сотовые телефоны и ноутбуки, доступные сегодня.Но ученые уже ищут следующую революцию в аккумуляторных батареях - такую, которая когда-нибудь сможет сделать аккумулятор легким и достаточно мощным, чтобы проехать 500 миль на машине. Перспективной идеей являются литий- воздушные батареи , в которых в качестве основного компонента используется кислород воздуха. Но эта новая батарея потребует полностью изменить внутреннюю химию, и ей понадобится новый мощный катализатор, чтобы заставить ее работать. Литий-воздушная батарея работает, объединяя атомы лития и кислорода, а затем снова и снова разрушая их.Это ситуация, специально созданная для катализатора, и хороший катализатор ускорит реакцию и сделает батарею более эффективной.

Как сделать новый катализатор?

Понимание химии реакций - это первый шаг; затем ученые могут использовать моделирование для разработки новых потенциальных катализаторов и их тестирования в лаборатории. Но этот первый шаг будет трудным, если вы не сможете перейти на атомарный уровень, чтобы увидеть, что происходит во время реакции. Именно здесь блистают крупные научные центры, такие как усовершенствованный источник фотонов (APS) в Аргонне.

В APS ученые могут использовать самые яркие рентгеновские лучи в Соединенных Штатах, чтобы отслеживать реакции в режиме реального времени. В Центре электронной микроскопии лаборатории исследователи фотографируют атомы во время их реакции. Кертисс и его команда использовали и то, и другое в поисках лучших катализаторов.

14.7: Катализ - Химия LibreTexts

Цели обучения

  • Чтобы понять, как катализаторы увеличивают скорость реакции и селективность химических реакций.

Катализаторы - это вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, но не расходуются в процессе. Таким образом, катализатор не входит в общую стехиометрию реакции, которую он катализирует, но он должен появляться по крайней мере в одной из элементарных реакций в механизме катализированной реакции. Катализируемый путь имеет более низкое значение E a , но чистое изменение энергии, возникающее в результате реакции (разница между энергией реагентов и энергией продуктов), не зависит от присутствия катализатора ( Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)).Тем не менее, из-за более низкого значения E a скорость реакции катализированной реакции выше, чем скорость реакции некаталитической реакции при той же температуре. Поскольку катализатор уменьшает высоту энергетического барьера, его присутствие увеличивает скорость как прямой, так и обратной реакции на одинаковую величину. В этом разделе мы рассмотрим три основных класса катализаторов: гетерогенные катализаторы, гомогенные катализаторы и ферменты.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Снижение энергии активации реакции катализатором.На этом графике сравниваются диаграммы потенциальной энергии для одностадийной реакции в присутствии и в отсутствие катализатора. Единственный эффект катализатора - снижение энергии активации реакции. Катализатор не влияет на энергию реагентов или продуктов (и, следовательно, не влияет на ΔE). (CC BY-NC-SA; анонимно)

Катализатор влияет на E a , а не на Δ E .

Гетерогенный катализ

В гетерогенном катализе катализатор находится в фазе, отличной от фазы реагентов.По крайней мере, один из реагентов взаимодействует с твердой поверхностью в физическом процессе, называемом адсорбцией, таким образом, что химическая связь в реагенте становится слабой, а затем разрывается. Яды - это вещества, которые необратимо связываются с катализаторами, предотвращая адсорбцию реагентов и, таким образом, снижая или разрушая эффективность катализатора.

Примером гетерогенного катализа является взаимодействие газообразного водорода с поверхностью металла, такого как Ni, Pd или Pt. Как показано в части (а) на рисунке \ (\ PageIndex {2} \), водородно-водородные связи разрываются и образуют отдельные адсорбированные атомы водорода на поверхности металла.Поскольку адсорбированные атомы могут перемещаться по поверхности, два атома водорода могут сталкиваться и образовывать молекулу газообразного водорода, которая затем может покинуть поверхность в обратном процессе, называемом десорбцией. Адсорбированные атомы H на поверхности металла значительно более активны, чем молекулы водорода. Поскольку относительно прочная связь H – H (энергия диссоциации = 432 кДж / моль) уже разорвана, энергетический барьер для большинства реакций H 2 на поверхности катализатора существенно ниже.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Гидрирование этилена на гетерогенном катализаторе.Когда молекула водорода адсорбируется на поверхности катализатора, связь H – H разрывается, и образуются новые связи M – H. Отдельные атомы H более реакционноспособны, чем газообразный H 2 . Когда молекула этилена взаимодействует с поверхностью катализатора, она вступает в реакцию с атомами H в ступенчатом процессе с образованием этана, который высвобождается. (CC BY-NC-SA; анонимно)

На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показан процесс, называемый гидрогенизацией , в котором атомы водорода добавляются к двойной связи алкена, такого как этилен, для получения продукт, содержащий одинарные связи C – C, в данном случае этан.Гидрирование используется в пищевой промышленности для преобразования растительных масел, состоящих из длинных цепочек алкенов, в более коммерчески ценные твердые производные, содержащие алкильные цепи. Гидрирование некоторых двойных связей в полиненасыщенных растительных маслах, например, дает маргарин, продукт с температурой плавления, текстурой и другими физическими свойствами, аналогичными свойствам сливочного масла.

Несколько важных примеров промышленных гетерогенных каталитических реакций приведены в Таблице \ (\ PageIndex {1} \).Хотя механизмы этих реакций значительно сложнее описанной здесь простой реакции гидрирования, все они включают адсорбцию реагентов на твердой каталитической поверхности, химическую реакцию адсорбированных частиц (иногда через ряд промежуточных частиц) и, наконец, десорбцию. изделий с поверхности.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Некоторые коммерчески важные реакции с использованием гетерогенных катализаторов
Коммерческий процесс Катализатор Начальная реакция Конечный коммерческий продукт
контактный процесс V 2 O 5 или Pt 2SO 2 + O 2 → 2SO 3 H 2 SO 4
Процесс Хабера Fe, K 2 O, Al 2 O 3 N 2 + 3H 2 → 2NH 3 NH 3
процесс Оствальда Pt и Rh 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O HNO 3
реакция конверсии вода-газ Fe, Cr 2 O 3 или Cu CO + H 2 O → CO 2 + H 2 H 2 для NH 3 , CH 3 OH и других видов топлива
паровой риформинг Ni CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 H 2
синтез метанола ZnO и Cr 2 O 3 CO + 2H 2 → CH 3 OH СН 3 ОН
Процесс Sohio фосфомолибдат висмута \ (\ mathrm {CH} _2 \ textrm {= CHCH} _3 + \ mathrm {NH_3} + \ mathrm {\ frac {3} {2} O_2} \ rightarrow \ mathrm {CH_2} \ textrm {= CHCN} + \ mathrm {3H_2O} \) \ (\ underset {\ textrm {акрилонитрил}} {\ mathrm {CH_2} \ textrm {= CHCN}} \)
каталитическое гидрирование Ni, Pd или Pt RCH = CHR ′ + h3 → RCH 2 -CH 2 R ′ частично гидрогенизированные масла для маргарина и т. Д.

Гомогенный катализ

В гомогенном катализе катализатор находится в той же фазе, что и реагент (ы).Количество столкновений между реагентами и катализатором максимально, поскольку катализатор равномерно диспергирован по всей реакционной смеси. Многие гомогенные катализаторы в промышленности представляют собой соединения переходных металлов (Таблица \ (\ PageIndex {2} \)), но извлечение этих дорогостоящих катализаторов из раствора было серьезной проблемой. В качестве дополнительного барьера к их широкому коммерческому использованию многие гомогенные катализаторы можно использовать только при относительно низких температурах, и даже в этом случае они имеют тенденцию медленно разлагаться в растворе.Несмотря на эти проблемы, в последние годы был разработан ряд коммерчески жизнеспособных процессов. Полиэтилен высокой плотности и полипропилен производятся методом гомогенного катализа.

Таблица \ (\ PageIndex {2} \): Некоторые коммерчески важные реакции с использованием гомогенных катализаторов
Коммерческий процесс Катализатор Реагенты Конечный продукт
Union Carbide [Rh (CO) 2 I 2 ] - CO + CH 3 OH CH 3 CO 2 H
гидропероксидный процесс Комплексы Mo (VI) CH 3 CH = CH 2 + R – O – O – H
гидроформилирование Rh / PR 3 комплексов RCH = CH 2 + CO + H 2 RCH 2 CH 2 CHO
адипонитрил процесс Ni / PR 3 Комплексы 2HCN + CH 2 = CHCH = CH 2 NCCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CN, используемый для синтеза нейлона
полимеризация олефинов (RC 5 H 5 ) 2 ZrCl 2 CH 2 = CH 2 - (CH 2 CH 2 -) n : полиэтилен высокой плотности

Ферменты

Ферменты, катализаторы, встречающиеся в природе в живых организмах, представляют собой почти все белковые молекулы с типичной молекулярной массой 20 000–100 000 а.е.м.Некоторые из них представляют собой гомогенные катализаторы, которые вступают в реакцию в водном растворе в клеточном отделении организма. Другие представляют собой гетерогенные катализаторы, встроенные в мембраны, которые отделяют клетки и клеточные компартменты от их окружения. Реагент в реакции, катализируемой ферментами, называется субстратом .

Поскольку ферменты могут увеличивать скорость реакции в огромных количествах (до 10 17 раз по сравнению с некатализируемой скоростью) и имеют тенденцию быть очень специфичными, обычно производя только один продукт с количественным выходом, они являются предметом активных исследований.В то же время ферменты обычно дороги в получении, они часто перестают функционировать при температурах выше 37 ° C, имеют ограниченную стабильность в растворе и обладают такой высокой специфичностью, что ограничиваются превращением одного конкретного набора реагентов в один конкретный продукт. . Это означает, что для химически подобных реакций необходимо разрабатывать отдельные процессы с использованием разных ферментов, что отнимает много времени и является дорогостоящим. К настоящему времени ферменты нашли лишь ограниченное промышленное применение, хотя они используются в качестве ингредиентов в моющих средствах для стирки, средствах для чистки контактных линз и размягчителях мяса.Ферменты в этих приложениях, как правило, представляют собой протеазы, которые способны расщеплять амидные связи, удерживающие вместе аминокислоты в белках. Например, размягчители мяса содержат протеазу, называемую папаином, которую выделяют из сока папайи. Он расщепляет некоторые длинные волокнистые молекулы белка, которые делают недорогие нарезы говядины жесткими, в результате чего получается более нежный кусок мяса. Некоторые насекомые, такие как жук-бомбадир, несут фермент, способный катализировать разложение перекиси водорода до воды (рис. \ (\ PageIndex {3} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): механизм каталитической защиты. Обжигающий спрей с неприятным запахом, выделяемый этим жуком-бомбардиром, образуется в результате каталитического разложения \ (\ ce {h3O2} \).

Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментами, путем связывания с определенной частью фермента и, таким образом, замедления или предотвращения реакции. Таким образом, необратимые ингибиторы являются эквивалентом ядов в гетерогенном катализе. Одним из старейших и наиболее широко используемых коммерческих ингибиторов ферментов является аспирин, который избирательно подавляет один из ферментов, участвующих в синтезе молекул, вызывающих воспаление.Создание и синтез родственных молекул, более эффективных, более селективных и менее токсичных, чем аспирин, являются важными задачами биомедицинских исследований.

Резюме

Катализаторы участвуют в химической реакции и увеличивают ее скорость. Они не входят в общее уравнение реакции и не расходуются в ходе реакции. Катализаторы позволяют реакции протекать по пути, который имеет более низкую энергию активации, чем некаталитическая реакция. При гетерогенном катализе катализаторы обеспечивают поверхность, с которой реагенты связываются в процессе адсорбции.При гомогенном катализе катализаторы находятся в той же фазе, что и реагенты. Ферменты - это биологические катализаторы, которые приводят к значительному увеличению скорости реакции и имеют тенденцию быть специфичными для определенных реагентов и продуктов. Реагент в реакции, катализируемой ферментами, называется субстратом. Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментами.

Catalyst Определение и значение | Dictionary.com

[kat-l-ist] SHOW IPA

/ ˈkæt l ɪst / PHONETIC RESPELLING


существительное

Химия.вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию, не будучи затронутым само по себе.

то, что вызывает активность между двумя или более людьми или силами, не затрагивая себя.

человек или вещь, которая ускоряет событие или изменение: его тюремное заключение правительством послужило катализатором, который помог трансформировать социальные волнения в революцию.

человек, чьи разговоры, энтузиазм или энергия заставляют других быть более дружелюбными, восторженными или энергичными.

ВИДЕО ДЛЯ КАТАЛИЗАТОРА

Может ли человек быть катализатором?

Катализатор означает «что-то, что вызывает активность, событие или изменение». И обычно эти события и изменения большие. Но может ли катализатором быть человек?

БОЛЬШЕ ВИДЕО С DICTIONARY.COM

ВИКТОРИНА

СПРИНТ ДО ФИНИША С ЭТОЙ ВИКТОРИНОЙ ОЛИМПИАДЫ!

Примите участие в нашей викторине об Олимпийских играх, чтобы узнать, сможете ли вы забрать домой золотую медаль в области знаний об Олимпийских играх.

Вопрос 1 из 10

Где впервые проводились Олимпийские игры?

ДРУГИЕ СЛОВА ОТ катализатора

self-cat · a · lyst, существительное · i · cat · a · lyst, существительное

Слова рядом с катализатором

Каталонский, катальпа, каталуфа, катализатор, катализ, катализатор, каталитический, каталитический нейтрализатор, каталитический крекинг, каталитический крекинг, катализатор

Словарь.com Несокращенный На основе Несокращенного словаря Random House, © Random House, Inc., 2021

узнать больше о катализаторе

Слова, относящиеся к катализатору

импульс, мотивация, стимул, стимулятор, подстрекательство, реакционный, побуждение, побуждение, зажигательное, агитатор, импульс, возбуждение, реагент, синергист, адъювант, фермент, свеча зажигания

Как использовать катализатор в предложении

.expandable-content {display: none;}. css-12x6sdt.expandable.content-extended> .expandable-content {display: block ;}]]>
  • Южная Африка обеспечивает 84% металлов платиновой группы, необходимых для топливных элементов и автомобильных катализаторов.

  • Время, проведенное в Гане, а также на западе и в Африке к югу от Сахары, стало моим катализатором для запуска Tala, и я регулярно призываю членов моей команды «разобраться!»

  • Смерть Флойда стала катализатором предыдущих протестов в этом году, и стрельба Блейка вновь разожгла демонстрации.

  • Так что, больше всего, одобрение было катализатором для нас, чтобы мы действительно сказали: давайте сделаем что-нибудь, нам не нужно сидеть сложа руки и ждать, что мы собираемся делать, одобрять или не одобрять.

  • Бриттни Сайкс - защитный катализатор для Спаркс и значительно улучшила ее эффективность с двух.

  • Но медь выполняет еще одну важную функцию: работает как катализатор в процессе дистилляции.

  • Поздний завтрак - катализатор, поздний завтрак - усилитель различных правил на выходных.

  • Мы гордимся тем, что наш фильм может стать катализатором даже небольшого изменения отношения к этим мальчикам в Китае.

  • Другие услуги, не связанные с дизайном, такие как Adobe Business Catalyst, в котором проводятся кампании по сбору средств по электронной почте и электронная коммерция, также перестали работать.

  • И этот вопрос является катализатором всей двусмысленности на протяжении всего фильма.

  • Этот простой акт мог стать катализатором, который дал Берлу решение проблемы.

  • Таким образом, мы можем сравнить катализатор с тем, что в обществе известно как «хороший смеситель».

  • Тактичная хозяйка, ведущая салона - социальный катализатор.

  • Когда перекись водорода вступает в контакт с катализатором, например перманганатом калия, она распадается на кислород и воду.

  • Катализатор, необходимый для окончательной реакции, будет доставлен ему Полтером.

СМОТРЕТЬ БОЛЬШЕ ПРИМЕРОВ СМОТРЕТЬ МЕНЬШЕ ПРИМЕРОВ



популярных статейli {-webkit-flex-based: 49%; - ms-flex-предпочтительный-размер: 49%; flex-base: 49%;} @media только экран и (max-width: 769px) {.css-2jtp0r> li {-webkit-flex-базис: 49%; - ms-flex-предпочтительный-размер: 49%; гибкий-базис: 49%;}} @ media only screen and (max-width: 480px) { .css-2jtp0r> li {-webkit-flex-base: 100%; - ms-flex-предпочтительный-размер: 100%; flex-base: 100%;}}]]>

Определения катализатора в Британском словаре


существительное

вещество, которое увеличивает скорость химической реакции без каких-либо постоянных химических изменений. Сравните ингибитор (определение 2)

человек или вещь, вызывающую изменение

Collins English Dictionary - Complete & Unabridged 2012 Digital Edition © William Collins Sons & Co.Ltd. 1979, 1986 © HarperCollins Издательство 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

Медицинские определения катализатора


н.

Вещество, обычно используемое в небольших количествах по сравнению с реагентами, которое изменяет и увеличивает скорость реакции, не расходясь в процессе.

Другие слова от катализатора

кат'а • литьиц (кăт′л-тк) прил.

Медицинский словарь American Heritage® Stedman's Авторские права © 2002, 2001, 1995 компании Houghton Mifflin.Опубликовано компанией Houghton Mifflin.

Научные определения катализатора


Вещество, которое запускает или ускоряет химическую реакцию, но не претерпевает никаких постоянных изменений. Например, ферменты слюны являются катализаторами пищеварения.

Другие слова из слова Catalyst

Catalytic прилагательное (kăt′l-ĭt′ĭk)

The American Heritage® Science Dictionary Авторские права © 2011. Издано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Культурные определения катализатора

примечания к катализатору

Термин «катализатор» часто используется для обозначения основного агента любых изменений: «Она была катализатором реорганизации».

Новый словарь культурной грамотности, третье издание Авторские права © 2005 издательской компании Houghton Mifflin Harcourt. Опубликовано Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Прочие - это Readingli {-webkit-flex-base: 100%; - ms-flex-preferred-size: 100%; flex-base: 100%;} @ media only screen and (max-width: 769px) {.css-1uttx60> li {-webkit-flex-base: 100%; - ms-flex-предпочтительный-размер: 100%; flex-base: 100%;}} @ media only screen and (max-width: 480px) { .css-1uttx60> li {-webkit-flex-based: 100%; - ms-flex-предпочтительный размер: 100%; flex-based: 100%;}}]]>

Влияние катализаторов на скорость реакции

Катализаторы и энергия активации

Для увеличения скорости реакции нужно увеличить количество успешных столкновений. Один из возможных способов сделать это - предоставить альтернативный способ протекания реакции, который имеет более низкую энергию активации.

Другими словами, переместить энергию активации на графике так:

 

Как и раньше, частицы, которым не хватает энергии в определенное время, когда-нибудь в будущем будут получать энергию от случайных столкновений, так же как другие частицы будут терять энергию. Вы не должны представить себе, что частицы в синей области графика никогда не могут реагировать - учитывая время, они будут.

Добавление катализатора дает именно такой эффект сдвига энергии активации.Катализатор обеспечивает альтернативный путь реакции. Этот альтернативный путь имеет более низкую энергию активации. Отображается в энергетическом профиле:

Предупреждение!

Будьте очень осторожны, если вас спросят об этом на экзамене. Правильная форма слова -

«Катализатор обеспечивает альтернативный путь реакции с более низкой энергией активации».

, а не «снижает энергию активации реакции».Есть тонкое различие между двумя утверждениями, которое легко проиллюстрировать простой аналогией.

Предположим, у вас есть гора между двумя долинами, так что единственный способ добраться из одной долины в другую - через гору. Только самым активным людям удастся добраться из одной долины в другую.

Теперь предположим, что через гору прорезан туннель. Гораздо большему количеству людей теперь удастся добраться из одной долины в другую по этому более легкому маршруту. Можно сказать, что туннельный маршрут имеет более низкую энергию активации, чем переход через гору.

Но вы же гору не спустили! Туннель предоставил альтернативный маршрут, но не снизил первоначальный. Первоначальная гора все еще там, и некоторые люди все же решат подняться на нее.

В случае химии, если частицы сталкиваются с достаточной энергией, они все равно могут реагировать точно так же, как если бы катализатора там не было. Просто большинство частиц будет реагировать более легким каталитическим путем.

Центральная роль ферментов как биологических катализаторов - Клетка

Фундаментальная задача белков - действовать как ферменты - катализаторы, которые увеличивают скорость практически всех химических реакций внутри клеток.Хотя РНК способны катализировать некоторые реакции, большинство биологических реакций катализируются белками. В отсутствие ферментативного катализа большинство биохимических реакций протекают настолько медленно, что они не могли бы происходить в мягких условиях температуры и давления, совместимых с жизнью. Ферменты ускоряют скорость таких реакций более чем в миллион раз, поэтому реакции, на которые в отсутствие катализа ушли бы годы, могут происходить за доли секунды, если их катализирует соответствующий фермент.Клетки содержат тысячи различных ферментов, и их активность определяет, какая из многих возможных химических реакций действительно происходит внутри клетки.

Каталитическая активность ферментов

Как и все другие катализаторы, ферменты характеризуются двумя основными свойствами. Во-первых, они увеличивают скорость химических реакций, не будучи поглощенными реакцией и не подвергаясь ее постоянному изменению. Во-вторых, они увеличивают скорость реакции без изменения химического равновесия между реагентами и продуктами.

Эти принципы ферментативного катализа проиллюстрированы в следующем примере, в котором молекула, на которую воздействует фермент (называемая субстратом [ S ]), превращается в продукт ( P ) в результате реакции. В отсутствие фермента реакция может быть записана следующим образом:

Химическое равновесие между S и P определяется законами термодинамики (как обсуждается далее в следующем разделе этой главы) и представлено по соотношению скоростей прямой и обратной реакции ( S P и P S соответственно).В присутствии соответствующего фермента превращение S в P ускоряется, но равновесие между S и P не изменяется. Следовательно, фермент должен одинаково ускорять как прямую, так и обратную реакции. Реакция может быть записана следующим образом:

Обратите внимание, что фермент ( E ) не изменяется в результате реакции, поэтому химическое равновесие остается неизменным, определяемым исключительно термодинамическими свойствами S и P .

Действие фермента на такую ​​реакцию лучше всего иллюстрируется изменениями энергии, которые должны произойти во время превращения S в P (). Равновесие реакции определяется конечными энергетическими состояниями S и P , на которые не влияет ферментативный катализ. Однако для того, чтобы реакция продолжилась, подложку необходимо сначала перевести в состояние с более высокой энергией, называемое переходным состоянием . Энергия, необходимая для достижения переходного состояния (энергия активации), представляет собой барьер для развития реакции, ограничивая скорость реакции.Ферменты (и другие катализаторы) действуют за счет снижения энергии активации, тем самым увеличивая скорость реакции. Повышенная скорость одинакова как в прямом, так и в обратном направлениях, поскольку оба должны проходить через одно и то же переходное состояние.

Рис. 2.22

Энергетические диаграммы для катализированных и некаталитических реакций. Проиллюстрированная реакция представляет собой простое превращение субстрата S в продукт P. Поскольку конечное энергетическое состояние P ниже, чем у S , реакция протекает слева направо.Для (подробнее ...)

Каталитическая активность ферментов включает связывание их субстратов с образованием комплекса фермент-субстрат ( ES ). Субстрат связывается с определенной областью фермента, называемой активным центром. Связавшись с активным центром, субстрат превращается в продукт реакции, который затем высвобождается из фермента. Таким образом, реакция, катализируемая ферментами, может быть записана следующим образом:

Обратите внимание, что E остается неизменным с обеих сторон уравнения, поэтому равновесие не нарушается.Однако фермент обеспечивает поверхность, на которой легче могут протекать реакции, превращающие S в P . Это результат взаимодействий между ферментом и субстратом, которые снижают энергию активации и способствуют образованию переходного состояния.

Механизмы ферментативного катализа

Связывание субстрата с активным центром фермента является очень специфическим взаимодействием. Активные сайты - это щели или бороздки на поверхности фермента, обычно состоящие из аминокислот из разных частей полипептидной цепи, которые собраны вместе в третичной структуре свернутого белка.Субстраты изначально связываются с активным центром за счет нековалентных взаимодействий, включая водородные связи, ионные связи и гидрофобные взаимодействия. Когда субстрат связывается с активным центром фермента, несколько механизмов могут ускорить его превращение в продукт реакции.

Хотя простой пример, обсужденный в предыдущем разделе, включает только одну молекулу субстрата, большинство биохимических реакций включают взаимодействия между двумя или более различными субстратами. Например, образование пептидной связи включает соединение двух аминокислот.Для таких реакций связывание двух или более субстратов с активным центром в правильном положении и ориентации ускоряет реакцию (). Фермент обеспечивает матрицу, на которой реагенты собираются вместе и должным образом ориентируются, чтобы способствовать образованию переходного состояния, в котором они взаимодействуют.

Рис. 2.23

Ферментативный катализ реакции между двумя субстратами. Фермент обеспечивает матрицу, на которой два субстрата сводятся вместе в правильном положении и ориентации для взаимодействия друг с другом.

Ферменты ускоряют реакции, также изменяя конформацию своих субстратов, чтобы приблизиться к конформации переходного состояния. Простейшей моделью взаимодействия фермент-субстрат является модель lock-and-key , в которой субстрат точно входит в активный центр (). Однако во многих случаях конфигурации как фермента, так и субстрата модифицируются связыванием субстрата - процесс, называемый индуцированной подгонкой . В таких случаях конформация субстрата изменяется так, что она больше напоминает конформацию переходного состояния.Напряжение, вызванное таким искажением подложки, может дополнительно облегчить ее переход в переходное состояние за счет ослабления критических связей. Более того, переходное состояние стабилизируется за счет его прочного связывания с ферментом, тем самым снижая требуемую энергию активации.

Рисунок 2.24

Модели взаимодействия фермент-субстрат. (A) В модели с замком и ключом субстрат точно входит в активный центр фермента. (B) В модели индуцированной подгонки связывание субстрата искажает конформации как субстрата, так и фермента.Это искажение (подробнее ...)

Помимо объединения нескольких субстратов и искажения конформации субстратов для приближения к переходному состоянию, многие ферменты непосредственно участвуют в каталитическом процессе. В таких случаях боковые цепи конкретных аминокислот в активном центре могут реагировать с субстратом и образовывать связи с промежуточными продуктами реакции. Кислые и основные аминокислоты часто участвуют в этих каталитических механизмах, как показано в следующем обсуждении химотрипсина как примера ферментативного катализа.

Химотрипсин является членом семейства ферментов (сериновых протеаз), которые переваривают белки, катализируя гидролиз пептидных связей. Реакцию можно записать следующим образом:

Различные члены семейства сериновых протеаз (включая химотрипсин, трипсин, эластазу и тромбин) обладают различными субстратными специфичностями; они предпочтительно расщепляют пептидные связи, прилегающие к различным аминокислотам. Например, в то время как химотрипсин расщепляет связи, соседние с гидрофобными аминокислотами, такими как триптофан и фенилаланин, трипсин расщепляет связи рядом с основными аминокислотами, такими как лизин и аргинин.Однако все сериновые протеазы похожи по структуре и используют один и тот же механизм катализа. Активные центры этих ферментов содержат три важные аминокислоты - серин, гистидин и аспартат, которые управляют гидролизом пептидной связи. Действительно, эти ферменты называются сериновыми протеазами из-за центральной роли серинового остатка.

Субстраты связываются с сериновыми протеазами путем вставки аминокислоты, прилегающей к сайту расщепления, в карман на активном сайте фермента ().Природа этого кармана определяет субстратную специфичность различных членов семейства сериновых протеаз. Например, связывающий карман химотрипсина содержит гидрофобные аминокислоты, которые взаимодействуют с гидрофобными боковыми цепями его предпочтительных субстратов. Напротив, связывающий карман трипсина содержит отрицательно заряженную кислотную аминокислоту (аспартат), которая способна образовывать ионную связь с остатками лизина или аргинина своих субстратов.

Рисунок 2.25

Связывание субстрата сериновыми протеазами.Аминокислота, примыкающая к расщепляемой пептидной связи, вставляется в карман в активном центре фермента. В химотрипсине карман связывает гидрофобные аминокислоты; Связывающий карман трипсина содержит (подробнее ...)

Субстрат связывается с расщепляемой пептидной связью рядом с активным сайтом серина (). Затем протон этого серина переносится на гистидин в активном центре. Конформация активного центра способствует переносу протона, поскольку гистидин взаимодействует с отрицательно заряженным остатком аспартата.Серин реагирует с субстратом, образуя тетраэдрическое переходное состояние. Затем пептидная связь расщепляется, и фермент высвобождает С-концевую часть субстрата. Однако N-концевой пептид остается связанным с серином. Эта ситуация разрешается, когда молекула воды (второй субстрат) входит в активный центр и обращает вспять предыдущие реакции. Протон молекулы воды переносится на гистидин, а его гидроксильная группа переносится на пептид, образуя второе тетраэдрическое переходное состояние.Затем протон переносится от гистидина обратно к серину, и пептид высвобождается из фермента, завершая реакцию.

Рисунок 2.26

Каталитический механизм химотрипсина. Три аминокислоты в активном центре (Ser-195, His-57 и Asp-102) играют решающую роль в катализе.

Этот пример иллюстрирует несколько особенностей ферментативного катализа; специфичность взаимодействий фермент-субстрат, расположение различных молекул субстрата в активном центре и участие остатков активного сайта в формировании и стабилизации переходного состояния.Хотя тысячи ферментов в клетках катализируют множество различных типов химических реакций, к их работе применимы одни и те же основные принципы.

Коферменты

Помимо связывания своих субстратов, активные центры многих ферментов связывают другие небольшие молекулы, которые участвуют в катализе. Протезные группы - это небольшие молекулы, связанные с белками, в которых они играют важнейшие функциональные роли. Например, кислород, переносимый миоглобином и гемоглобином, связан с гемом, простетической группой этих белков.Во многих случаях ионы металлов (например, цинка или железа) связаны с ферментами и играют центральную роль в каталитическом процессе. Кроме того, различные низкомолекулярные органические молекулы участвуют в определенных типах ферментативных реакций. Эти молекулы называются коферментами, потому что они работают вместе с ферментами, повышая скорость реакции. В отличие от субстратов, коферменты не изменяются необратимо в результате реакций, в которых они участвуют. Скорее они перерабатываются и могут участвовать во множестве ферментативных реакций.

Коферменты служат переносчиками нескольких типов химических групп. Ярким примером кофермента является никотинамидадениндинуклеотид ( NAD + ), который функционирует как переносчик электронов в окислительно-восстановительных реакциях (). NAD + может принимать ион водорода (H + ) и два электрона (e - ) от одной подложки, образуя NADH. Затем НАДН может отдавать эти электроны второй подложке, повторно образуя НАД + .Таким образом, NAD + переносит электроны от первой подложки (которая окисляется) ко второй (которая восстанавливается).

Рисунок 2.27

Роль NAD + в окислительно-восстановительных реакциях. (A) Никотинамидадениндинуклеотид (NAD + ) действует как переносчик электронов в окислительно-восстановительных реакциях, принимая электроны (e -) с образованием NADH. (B) Например, NAD + может принимать электроны от одного субстрата (подробнее ...)

Несколько других коферментов также действуют как переносчики электронов, а третьи участвуют в переносе множества дополнительных химических групп (e .g. карбоксильные группы и ацильные группы; ). Одни и те же коферменты действуют вместе с множеством различных ферментов, катализируя перенос определенных химических групп между широким спектром субстратов. Многие коферменты тесно связаны с витаминами, которые вносят часть или всю структуру кофермента. Витамины не требуются бактериям, таким как E. coli , но они являются необходимыми компонентами рациона человека и других высших животных, которые утратили способность синтезировать эти соединения.

Регуляция активности ферментов

Важной особенностью большинства ферментов является то, что их активность непостоянна, а вместо этого может модулироваться. То есть активность ферментов можно регулировать таким образом, чтобы они функционировали надлежащим образом для удовлетворения разнообразных физиологических потребностей, которые могут возникнуть в течение жизни клетки.

Одним из распространенных типов регуляции ферментов является ингибирование с обратной связью, при котором продукт метаболического пути подавляет активность фермента, участвующего в его синтезе.Например, аминокислота изолейцин синтезируется серией реакций, начиная с аминокислоты треонина (). Первый этап этого пути катализируется ферментом треониндезаминазой, который ингибируется изолейцином, конечным продуктом пути. Таким образом, достаточное количество изолейцина в клетке ингибирует треониндезаминазу, блокируя дальнейший синтез изолейцина. Если концентрация изолейцина снижается, подавление обратной связи снимается, треониндезаминаза больше не ингибируется и синтезируется дополнительный изолейцин.Регулируя таким образом активность треониндезаминазы, клетка синтезирует необходимое количество изолейцина, но не тратит энергию на синтез большего количества изолейцина, чем необходимо.

Рисунок 2.28

Запрет обратной связи. Первый этап превращения треонина в изолейцин катализируется ферментом треониндезаминазой. Активность этого фермента подавляется изолейцином, конечным продуктом метаболизма.

Ингибирование по обратной связи является одним из примеров аллостерической регуляции, при которой активность фермента контролируется связыванием малых молекул с регуляторными участками фермента ().Термин «аллостерическая регуляция» происходит от того факта, что регуляторные молекулы связываются не с каталитическим сайтом, а с отдельным сайтом белка ( алло = «другой» и стерический = «сайт»). Связывание регуляторной молекулы изменяет конформацию белка, что, в свою очередь, изменяет форму активного центра и каталитическую активность фермента. В случае треониндезаминазы связывание регуляторной молекулы (изолейцина) подавляет ферментативную активность. В других случаях регуляторные молекулы служат активаторами, стимулируя, а не ингибируя целевые ферменты.

Рисунок 2.29

Аллостерическая регуляция. В этом примере активность фермента ингибируется связыванием регуляторной молекулы с аллостерическим сайтом. В отсутствие ингибитора субстрат связывается с активным центром фермента, и реакция продолжается. Связывание (подробнее ...)

Активность ферментов также может регулироваться их взаимодействием с другими белками и ковалентными модификациями, такими как добавление фосфатных групп к остаткам серина, треонина или тирозина.Фосфорилирование - особенно распространенный механизм регулирования активности ферментов; добавление фосфатных групп либо стимулирует, либо подавляет активность многих различных ферментов (). Например, мышечные клетки реагируют на адреналин (адреналин), расщепляя гликоген на глюкозу, тем самым обеспечивая источник энергии для повышенной мышечной активности. Распад гликогена катализируется ферментом гликогенфосфорилазой, который активируется фосфорилированием в ответ на связывание адреналина с рецептором на поверхности мышечной клетки.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *