Katalīze

Katalīze (sengrieķu: κατάλυσις, katálusis — ‘sagraušana’) ir process, kas paātrina vai palēnina kādu ķīmisku reakciju katalizatora ietekmē. Katalizators pats šajā reakcijā ķīmiski nemainās un paliek sākotnējā daudzumā. Katalizatorus, kas palēnina ķīmisko reakciju, sauc par inhibitoriem. Katalizators samazina reakcijas aktivācijas enerģiju (piemēram, reakcija var notikt zemākā temperatūrā, nekā bez katalizatora), bet nemaina termodinamiku, proti, reakcijas siltumefekts ar katalizatoru būs tāds pats, kā bez katalizatora. (siltumefekts laika vienībā var atšķirties, jo reakcijas ātrums mainās).

Daļēji karamelizēts cukura gabaliņš (kreisajā pusē) un cukura autokatalīze, kur degšanā radušies pelni darbojas kā katalizators (labajā pusē)

Katalizatoru veidi

Parasti apskata katalīzi reakcijām, kas notiek šķidrā vai gāzveida fāzē. Ja katalizators ir tādā pašā agregātstāvoklī kā reaģējošās vielas, tad tā ir homogēnā katalīze. Ja katalizators ir citā agregātstāvoklī kā reaģējošās vielas, tad tā ir heterogēnā katalīze. Ja viens vai vairāki reakcijas produkti darbojas kā katalizators, tad tā ir autokatalīze.

Heterogēnā katalīze

Heterogēnie katalizatori parasti ir cietas vielas, uz kuru virsmas adsorbējas reaģējošās vielas. Tas pavājina reaģējošo vielu molekulu iekšējās saites un samazina reakcijas aktivācijas enerģiju. Saites starp reakcijas produktiem un substrātu (katalizatoru) ir vājākas, tāpēc tie desorbējas. Katalizatora aktivitāte šajā gadījumā ir atkarīga arī no tā virsmas laukuma, smalkāk disperģēts tāda paša sastāva katalizators būs aktīvāks. Katalizatorus (metālus vai oksīdus) parasti uznes uz porainiem materiāliem ar lielu virsmu, jo katalizatori mēdz būt dārgi (piemēram, sudrabs, platīns).

Vielas, kas samazina katalizatora efektivitāti (adsorbējoties uz virsmas labāk kā reakcijas izejvielas un nosedzot virsmu) sauc par katalizatoru indēm. Tādi bieži vien ir sēra savienojumi.

Heterogēnos katalizatorus lieto amonjaka ražošanā (dzelzs), sērskābes ražošanā ar kontakta metodi (V₂O₅), tauku hidrogenēšanā (niķelis).

Homogēnā katalīze

Homogēnajā katalīzē katalizatori ir tādā pašā agregātstāvoklī kā reaģējošās vielas. Katalizators te ir molekula, ap kuru koordinējas reaģējošās vielas, tās reaģē ar katalizatoru, veidojot nestabilu starpproduktu, kas sadalās veidojot sākotnējo katalizatoru un reakcijas produktus.

Rūpniecībā homogēnajai katalīzei ir mazāka nozīme kā heterogēnajai katalīzei. Homogēnie katalizatori ir stipra skābe esterificēšanas reakcijām (parasti sērskābe), vai hlora brīvie radikāļi, kas noārda ozona slāni. Homogēnos inhibitorus lieto plašāk, galvenokārt kā vielas, ko pievieno šķidrumiem, lai samazinātu cauruļu koroziju (apkures un dzesēšanas sistēmās).

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: katalīze.