Katalysator er et stoff som øker farten på en kjemisk reaksjon uten å forbrukes og uten å endre den kjemiske likevekten.
Farten til reaksjonen øker fordi katalysatoren reduserer reaksjonens aktiveringsenergi. Se også katalyse.
Katalysatorer kan være faste, flytende eller gassformige. Vi skiller mellom homogene katalysatorer og heterogene katalysatorer.
I industrien anvendes for det meste faste katalysatorer.
Mange katalysatorer er spesifikke, det vil si at de bare virker på bestemte stoffer eller bestemte reaksjoner. Andre kan katalysere forskjellige reaksjoner.
Eksempel: Fint fordelt platina virker katalytisk på disse fire reaksjonene:
Et enzym er en katalysator. I en levende organisme katalyserer forskjellige enzymer en rekke reaksjoner. Også RNA kan virke som katalysator.
Allerede forholdsvis små mengder av en katalysator vil føre til omsetning av store mengder av de reagerende stoffene, og den vil også beholde sin virkning gjennom lengre tid. Både virkningen og levetiden av en katalysator kan ofte økes ved tilsetting av mindre mengder av andre stoffer.
I Haber-Bosch-metoden for fremstilling av ammoniakk brukes en katalysator av fint fordelt metallisk jern tilsatt noen få prosent aluminiumoksid, kaliumoksid og kalsiumoksid som aktivator eller promotor. Aluminiumoksidet bidrar også til å hindre jernpartiklene fra å sintre sammen til grovere partikler, og bevarer derved jernpartiklenes store overflate.
For å gi en stor overflate som ikke reduseres ved kornvekst og sammensintring, blir katalysatoren ofte avsatt på et porøst, ikke reagerende materiale med stor indre og ytre overflate. Slike katalysatorbærere kan for eksempel være aktivt kull, aluminiumoksid, kiselgur, silikagel, kaolin og pimpstein.
Det er ønskelig å utvikle katalysatorer som, blant flere mulige reaksjoner, katalyserer den som er ønskelig for et bestemt formål. En slik katalysator sies å være selektiv. Her er noen eksempler:
En blanding av karbonmonoksid og hydrogen gir:
Ved optimalisering av en katalysator må man ta hensyn til omsetning, selektivitet, stabilitet, levetid og pris.
Katalysatorens virkning kan bli nedsatt eller helt ødelagt av såkalte katalysatorgifter. Eksempler på slike stoffer er hydrogensulfid, blåsyre, forskjellige fosfor- og arsenforbindelser. Katalysatorgiftene kan reagere med katalysatoren og danne en uvirksom kjemisk forbindelse, eller de kan hindre de reagerende stoffene fra å bli adsorbert på katalysatorens overflate. Ofte kan små mengder være tilstrekkelig til å ødelegge den katalytiske virkningen.
Når det gjelder katalysatorers virkning, er det særlig to oppfatninger som har gjort seg gjeldende. I den ene antar man at det dannes en lett reagerende, intermediær forbindelse mellom katalysatoren, K, og et av de reagerende stoffer A. Forbindelsen AK reagerer så momentant med den andre reaktanten B under tilbakedannelse av katalysatoren og det ønskede produkt:
A + K = AK
AK + B = AB + K
Addisjon av de to reaksjonsligningene gir A + B = AB.
K er en katalysator, da farten på de to delreaksjonene er større enn farten på den direkte reaksjonen mellom A og B.
I den andre betraktningsmåten går man ut fra at de reagerende stoffene blir adsorbert på katalysatorens overflate og derved kommer i en særlig energirik og reaktiv tilstand som gjør at stoffene lettere reagerer. Her spiller katalysatorens overflate en viktig rolle. En alminnelig regel er at katalysatorens virkning er bedre jo finere fordelt den er. I heterogen katalyse er katalysatoren ofte et metall eller en halvleder, og det er disse stoffenes evne til lett å avgi eller oppta elektroner som er årsak til aktiveringen av de reagerende stoffene. Elektroner vandrer fra katalysatoren til molekylene som skal reagere, eller omvendt. Dette forklarer også at nettopp d-blokkens metaller som vanadium, krom, mangan, jern, kobolt, nikkel, kobber, platina med flere, og deres forbindelser, er gode katalysatorer.
Arbeidet med å utvikle en egnet katalysator for en bestemt reaksjon er ofte basert på prøving og feiling. I forbindelse med Haber–Bosch-metoden for fremstilling av ammoniakk ble ikke mindre enn cirka 20 000 forskjellige katalysatorer forsøkt.
Den første som oppdaget en katalysator, var den tyske kjemikeren Johan Wolfgang Döbereiner, som i 1823 fant ut at hydrogengass og oksygengass i luften reager med hverandre i kontakt med platina og danner vann. I fravær av en katalysator, her platina, kan en blanding av hydrogen og oksygen oppbevares i ubegrenset tid ved romtemperatur.
Betegnelsen katalysator ble innført av den svenske kjemikeren Jöns Jacob Berzelius i 1835.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.