Katalysator

En katalysator er et stoff som øker hastigheten på en kjemisk reaksjon, uten at det selv (permanent) forandres, dette prinsippet kalles katalyse. Tilstedeværelsen i prosessen åpner en alternativ reaksjonsvei med lavere aktiveringsenergi slik at flere molekyler får tilstrekkelig høy energi for å reagere ved lavere trykk og temperatur enn ellers. Visse katalysatorer kan også endre en reaksjon ved å selektivt påvirke aktiveringsenergiene for ulike komponenter i en blanding. Prosessen kalles katalyse.

Et diagram for reaksjonsforløp som viser effekten av en katalysator i en hypotetisk eksoterm kjemisk reaksjon X + Y → Z. Tilstedeværelsen av en katalysator åpner en annen reaksjonsvei (vist i rødt) med lavere aktiveringsenergi. Det endelige resultatet og den samlede termodynamikken er samme i de to tilfellene.

Katalysator til gassrensing er i bruk blant annet i biler og andre motorkjøretøyer. Man renser luften slik at man bare får utslipp av nitrogengass, ikke nitrogenoksid. Dette er ikke så skadelig for miljøet. Katalysatoren oppnår driftstemperatur først etter seks kjørte kilometer, og den kan da begynne å rense utslippene.

Katalysatorer reagerer vanligvis med en eller flere stoffer og lager en midlertidig kjemisk substans som igjen reagerer for å lage det endelige produktet. I prosessen gjenskapes katalysatoren slik at den ikke blir forbrukt av prosessen. Det følgende et typisk reaksjons-forløp:

A og B er stoffene som skal reagere med hverandre til D som er sluttproduktet. C er katalysatoren.

A + C → AC (1)

B + AC → ABC (2)

ABC → CD (3)

CD → C + D (4)

Selv om katalysatoren (C) brukes opp i reaksjon (1) blir den produsert igjen i reaksjon (4). Derfor blir totale situasjonen slik

A + B + C → D + C

Katalysatoren blir altså hverken brukt opp eller produsert.

Forskjellige typer katalysatorer

Det finnes tre hovedgrupper av katalysatorer, heterogene katalysatorer, homogene katalysatorer og biokatalysatorer (enzymkatalysatorer).

Heterogene katalysatorer

Ved heterogen katalyse er reaktantene og katalysatoren i forskjellige faser. Denne blir mye brukt i industrien der reaktantene er i gassfase, mens katalysatoren er i fast form.

Reaksjonsselektivitet

Katalysatorens reaksjonsselektivitet kan bli endret ved å gjøre alle de aktive setene identiske, vi kan feks ha alle metalpartiklene av lik størrelse. Formselektivitet er spesielt for mikroporøse materialer.

Deaktivering

Heterogene katalysatorer kan deaktiveres ved flere måter, de vanligste er koksing, sintring og forgiftning.

Homogene katalysatorer

Ved homogen katalyse er både reaktantene og katalysatoren i samme fase.

Reaksjonsselektivitet

Vi kan kontrollere reaksjonsselektiviteten ved å kontrollere steriske og elektromagnetiske egenskaper ved å endre på ligandene.

Deaktivering

En homogen katalysator kan deaktiveres ved metal leaching, liganddekomponering, luft- og fuktighetsfølsomhet, og forgiftning.

Biokatalysator

I biokatalyse eller enzymkatalyse er katalysatoren ofte ett enzym. Her vil ofte reaksjonen skje i ett vandig miljø ved moderate temperaturer.

Deaktivering

Den vanligste måten for et enzym å bli deaktivert på er termisk tap av struktur, altså refolding og denaturering (inhibitor).

Se også

• Inhibitor