Katalysaattorit

Katalysaattorit ovat aineita, jotka nopeuttavat kemiallista reaktiota ilman että ne itse kuluvat pysyvästi. Ne antavat reaktiolle vaihtoehtoisen, matalampaa aktivointienergiaa vaativan reitin, jolloin reaktionopeus kasvaa huomattavasti. Ne eivät yleensä vaikuta tasapainoon lopullisten tuotteiden osalta, mutta ne voivat ohjata reaktiota kohti haluttuja tuotteita ja parantaa valikoivuutta. Reaktion jälkeen katalysaattori on käytettävissä uudelleen. Katalysaattorit voivat kuitenkin menettää tehonsa myrkytyksen, sintraantumisen tai muun deaktivoitumisen vuoksi, jolloin ne pitää regeneroida tai vaihtaa.

Katalysaattoreita jaetaan yleisesti kolmeen pääryhmään: heterogeenisiin katalysäättoreihin, joissa kiinteä pinta toimii reaktiopaikkana ja nestettä tai kaasua olevat reagointiaineset ovat eri faasissa; homogeenisiin katalysaatteihin, jotka ovat samaa faasia kuin reagoivat aineet; sekä biokatalyytteihin, kuten entsyymeihin, jotka toimivat eloperäisissä prosesseissa.

Käytännön sovelluksissa katalysaattorit ovat keskeisiä monissa teollisuusprosesseissa. Esimerkkejä ovat haaber-boschin prosessi ammoniakkimässää varten rautakatalyytillä, kontakti-prosessi rikkidioksidin hapettamiseksi tuloksena rikkihappoa varten vanadiinidioksidikatalyytillä, sekä katalyyttinen krakkaus öljynjalostuksessa zeoliitteihin perustuvilla katalyyteillä. Autojen pakokaasujen katalysaattorit käyttävät platinaa-, palladium- ja rhodium -keltaisia katalyyttejä hiilidioksidin ja muiden yhdisteiden alentamiseksi.

Ominaisuuksiltaan keskeisiä mittareita ovat aktiivisuus ja valikoivuus sekä mittarit kuten TON (turnover number) ja TOF (turnover frequency). Kestävyyteen vaikuttavat deaktivoituminen, myrkytys, sintraantuminen ja fouling. Katalysaattorien kehitys on keskeistä energiatehokkuuden ja ympäristövaikutusten parantamisessa; historiallisen termin “katalysaattori” otti käyttöön Jöns Jacob Berzelius vuonna 1835.