Katalyysimekanismit

Katalyysimekanismit kuvaavat kemiallisessa reaktiossa tapahtuvan katalyytin toimintatapaa. Katalyytti on aine, joka nopeuttaa kemiallista reaktiota ilman, että se itse kuluu reaktiossa. Katalyytit toimivat yleensä alentamalla reaktion aktivaatioenergiaa, mikä tarkoittaa, että reaktion etenemiseen tarvitaan vähemmän energiaa.

Yleisin katalyysimekanismi on heterogeeninen katalyysi, jossa katalyytti ja reagoivat aineet ovat eri faaseissa, esimerkiksi kiinteä katalyytti ja kaasumaiset reagoivat aineet. Tällöin reaktiomekanismiin kuuluu usein reagoivien aineiden adsorptio katalyytin pinnalle, kemiallinen reaktio katalyytti-reaktantti-välituotteiden kautta ja lopuksi tuotteiden desorptio katalyytin pinnalta. Esimerkiksi autojen pakokaasujen puhdistuksessa käytettävät katalysaattorit toimivat heterogeenisen katalyysin periaatteella.

Toinen tärkeä katalyysimekanismi on homogeeninen katalyysi, jossa katalyytti ja reagoivat aineet ovat samassa faasissa, tyypillisesti nestemäisessä. Homogeenisessa katalyysissä katalyytti muodostaa välituotteita reagoivien aineiden kanssa, jotka sitten hajoavat lopullisiksi tuotteiksi vapauttaen katalyytin takaisin. Esimerkiksi monet teollisuuden polymeerien valmistusprosessit hyödyntävät homogeenista katalyysiä.

Entsymaattinen katalyysi on biologinen katalyysin muoto, jossa entsyymit, jotka ovat proteiinirakenteisia molekyylejä, nopeuttavat elintoiminnoissa tapahtuvia kemiallisia reaktioita. Entsyymien toimintamekanismit ovat hyvin spesifisiä, ja ne sitoutuvat tiettyihin substraatteihin aktiivisessa kohdassaan, muodostaen entsyymi-substraatti-kompleksin, joka sitten muuttuu tuotteiksi. Tämä prosessi on ratkaisevan tärkeä kaikessa elollisessa.