Под катализом понимают изменение скорости реакции при участии веществ-катализаторов, которые сами в ней не участвуют. С катализатором химический процесс происходит быстрее. Ингибитор, наоборот, снижает скорость нежелательных реакций. Он отличается от катализатора еще и тем, что при нем энергия процесса остается неизменной. Ингибитор реагирует с одним из промежуточных продуктов и образует прочное соединение или блокирует активные центры катализатора.
Катализ может быть осуществлен самим промежуточным продуктом химической реакции. Данный процесс называется автокаталитическим, который сначала протекает медленно и постепенно ускоряется по мере образования продуктов.
Характеристиками катализатора являются его селективность и активность. Селективность – это ускорение только одной реакции из ряда допустимых. Активность катализатора поясняет во сколько раз он увеличил скорость процесса.
Малого количества катализатора достаточно для ускорения превращения большого объема реагирующих веществ. В химической среде катализатор и одно реагирующее вещество образуют активированный комплекс, который затем взаимодействует с другими веществами. В результате образуются продукты реакции и катализатор, химический состав и структура которого изменилась под воздействием продуктов смеси.
Каталитические процессы бывают трех видов. Гетерогенный катализ подразумевает, что фаза реагирующих веществ отлична от фазы, представленной самим катализатором. Чаще всего рассматривают гетерогенные процессы, в которых молекулы газов вступают в реакцию с поверхностью твердого тела. Если реагирующие вещества находятся в одной фазе с катализатором, то говорится о гомогенном катализе. Такие процессы наблюдаются в растворах. Ферментативный катализ отличается от других видов тем, что происходит в живых организмах под действием ферментов (энзимов), которые являются белковыми молекулами. Без них биохимические реакции протекают медленно или не происходят вообще. Селективность и активность ферментов являются самыми большими величинами среди изученных катализаторов.
В химии выделяют каталитические яды. Они способны снизить или полностью прекратить активность катализатора. Такое вещество может быть ядом при одной температуре или в определенной концентрации, а при других условиях может стать и промотором, то есть веществом, активизирующим катализатор.
Для катализа часто используют носители – инертные либо неактивные материалы. Нанесенный на них катализатор увеличивает свою поверхность, что экономит дорогостоящие вещества, предотвращает рекристаллизацию или спекание компонента, значительно увеличивает катализаторную активность.
Каталитические процессы считаются основными во всех крупнотоннажных производствах даже после появления новых методов активации молекул: радиационная, лазерная химия и плазмохимия. В масштабных промышленных процессах ускоряется образование высококачественных бензинов, моторных, дизельных и реактивных топлив и другие процессы нефтепереработки, производство каучука, гидрогенизация жиров. Катализаторы используются при переработке низкосортного сырья в высокоценные продукты: лекарства, пластмассы, удобрения и прочие химические реактивы.
Высокое экономическое значение имеет ингибирование нежелательных химических процессов. Например, для создания долгохранящихся продуктов используются антиоксиданты. Эти вещества способны предотвратить процесс окисления.
Охрана окружающей среды невозможна без катализа. Самое главное достижение в этом направлении – создание нейтрализатора автомобильных выхлопных газов.
