Katalyysit

Katalyysit ovat aineita tai ilmiöitä, jotka nopeuttavat kemiallista reaktiota ilman, että niiden määrää käytön jälkeen on pysyvästi hävinnyt. Ne tarjoavat reaktiolle vaihtoehtoisen, alhaisemman aktivaatioenergian reitin, minkä ansiosta reaktioaika lyhenee. Katalyysit eivät yleensä vaikuta reaktioperäisen tasapainon lopulliseen koostumukseen, vaan edistävät lähinnä tapahtuman nopeutta.

Katalyysi jaetaan usein seuraaviin pääryhmiin: homogeeninen katalyysi (katalyytti ja reagoivat aineet ovat samassa faasissa, esimerkiksi liuoksessa), heterogeeninen katalyysi (katalyytti kiinteässä faasissa, reagoiva aine kaasuna tai liuoksena), biokatalyysi eli entsyymikatalyysi sekä organokatalyysi. Myös fotokatalyysi ja elektro-katalyysi ovat tärkeitä aloja.

Mekanismina katalyytin toiminta vaihtelee; yleisesti aktivoitumiskulun alentaminen tapahtuu siten, että reagoivat molekyylit adsorboituvat katalyytin pinnalle tai aktivoivat toisiaan pinnan avulla. Katalyytin aktiiviset paikat voivat noudattaa erilaisia mekanismeja, kuten Langmuir-Hinshelwood tai Eley-Rideal. Tehokkuutta mitataan usein TOF:lla (turnover frequency) ja aktivoitumisenergiolla.

Käytännön esimerkkejä ovat Haber-Bosch -prosessi, jossa rautakatalyytillä kiinnitetään typpimolekyyli ammoniakiksi; rikkihapon tuotannon kontakti-prosessissa vanadiini(V)oksidi toimii katalyyttinä; sekä auton katalysaattorit, jotka muuntavat CO ja NOx haitallisiksi yhdisteiksi käyttämällä platinaa, palladiumia tai rodiumia. Biokatalyytit, kuten entsyymit amylaasi tai katalase, mahdollistavat monet biologiset ja teolliset prosessit.

Historia: käsite katalyysi keksittiin vuonna 1835 Jöns Jakob Berzeliuksen toimesta. Nykyään katalyysi on keskeinen osa kemian teollista tuotantoa ja ympäristön hallintaa.