From Wikipedia, the free encyclopedia
Katalyzátor (z řeckého κατα-λύτης kata(dolu)lýtés) je látka, vstupující do chemické reakce a vystupující z ní nezměněná, zvyšující pravděpodobnost uskutečnění této reakce. Slovo katalyzátor se někdy používá i v přeneseném smyslu pro jakoukoli událost, osobu apod., které přispějí k uskutečnění nějaké změny, tedy zvýší pravděpodobnost této změny, neboli sníží odpor proti této změně (v souladu s významem předpony kata-).
Paradoxně bývá výjimečně katalyzátorem označen inhibitor. A to ve specifickém případě, kdy popisujeme dvojici či n-tici souběžných reakcí, reakční komplex. V primární reakci vzniká produkt, paralelní sekundární reakce brzdí primární reakci. Je-li přítomen inhibitor sekundární reakce, pak tento inhibitor, z hlediska celého reakčního komplexu, zvyšuje pravděpodobnost-rychlost-množství vznikajícího primárního produktu, a bývá označen za katalyzátor. To je však chemicky nepřesné, lepší termín pro tento případ je pseudokatalyzátor. (Touto licencí se nelze nechat zmást k chybnému pochopení pricipu katalýzy.)
V živých organismech jako katalyzátory fungují enzymy nebo ribozymy.
V automobilech se používá součástka katalyzátor, ve které se katalytickými reakcemi přeměňují některé škodliviny ve výfukových plynech na méně škodlivé látky.
Katalyzátor tvoří s reaktanty málo stabilní komplex, který se v dalším kroku rozpadá na požadované produkty a katalyzátor. Schematicky je možné tuto reakci zapsat:
nebo
a podobně.
Aktivační energie těchto procesů jsou nižší, než aktivační energie nekatalyzované reakce. Snížení aktivační energie umožňuje provádět reakce za mírnějších podmínek, např. za nižších teplot nebo při běžném (atmosférickém) tlaku. Katalýza neposunuje rovnováhu reakce, pouze urychluje její ustanovení.
Poznámka k pojmu reaktant, substrát:
Chemická reakce je obecně děj, při kterém zanikají některé, případně všechny vazby v molekulách výchozích látek (reaktantů) a vznikají vazby nové za vzniku jiných látek (produktů). Reaktanty v organické chemii obvykle dělíme do dvou skupin: na substráty (větší organická molekula) a činidla (jednodušší, často anorganická látka, která poskytuje obdobné reakce s celou řadou substrátů). Substrát je látka, která podléhá katalytické reakci.
V průmyslu se katalyzátory používají nejméně v 60 % chemických syntéz. Jedná se například o Zieglerovy–Nattovy katalyzátory, které se používají při výrobě polyethylenu a polypropylenu.
Katalyzátor pouhou přítomnosti nikdy nepůsobí změnu chemické rovnováhy, pokud existuje zdání takového vlivu, je tento vliv vždy druhotný, například:
Tyto efekty mohou vyvolat dojem, že katalytický proces produkuje větší než rovnovážné množství produktu, chemická rovnováha tím však porušena není.
Jako katalyzátor se může použít řada sloučenin nebo i některé prvky. Složení katalyzátoru není prozatím možné odvodit pouze za použití teoretického popisu, experimentální výzkum má v katalýze nezastupitelné místo. Toto složení závisí na procesu, který má být katalyzován. Katalyzátor obsahuje katalyticky aktivní složku. Katalyticky aktivních složek může být v jednom katalyzátoru obsaženo i více (např. detoxikační katalyzátory v autech, katalyzátor používaný při reformování benzínů v rafinériích). Krom katalyticky aktivní složky katalyzátory obsahují ve většině případů nosič na jehož povrchu bývá aktivní složka nanesena. Tím je zajištěn veliký povrch katalyzátoru. Nosič má však zpravidla i jiné úlohy jako je vychytávání katalyzátorových jedů, udržování pH, některé nosiče dokonce participují na katalytickém procesu. Nosiče jsou zpravidla porézní vysokopovrchové materiály, např. aktivní uhlí, různé formy oxidu hlinitého, hořečnatého a v poslední době velmi často synteticky připravené krystalické alumosilikáty – zeolity. Katalyzátory dále často obsahují kokatalyzátor (sloučeniny pracující spolu s katalyzátorem zpravidla v cyklu/ech) a promotory (složky modifikující různé vlastnosti katalyzátoru, např. kyselost, stálost a těkavost ostatních složek). Klasifikace aktivních složek a katalyzátorů samotných je velmi problematická. Pro pochopení je však vhodné kriterium „podle reakce, která je katalyzována“: