化学では、 触媒 それ自体が反応で消費されることなく、反応の速度を速める物質です。 触媒を利用する反応はすべてと呼ばれます 触媒作用. 化学資料を読むときは、この違いに注意してください。 触媒（複数の「触媒」）は物理的な物質ですが、触媒作用（複数の「触媒」）はプロセスです。
触媒の各クラスの概要は、分析化学を学ぶ上で役立つ出発点です。 物質を混ぜ合わせて反応が起こると、分子レベルで何が起こるかを理解します。 触媒とそれに関連する触媒反応には、均一系触媒、不均一系触媒、生体触媒（通常は酵素と呼ばれます）の3つの主要なタイプがあります。 あまり一般的ではありませんが、依然として重要なタイプの触媒活性には、光触媒作用、環境触媒作用、およびグリーン触媒プロセスが含まれます。
触媒の一般的な特性
固体触媒の大部分は、酸素や硫黄などの元素に結合した金属（白金やニッケルなど）または金属に近いもの（シリコン、ホウ素、アルミニウムなど）です。 液相または気相の触媒は、単一の元素で構成されている可能性が高くなりますが、 溶媒および他の材料、ならびに固体触媒は、触媒担体として知られる固体または液体マトリックス内に散布することができる。
触媒は、 活性化エネルギー Ea 触媒なしで進行するが、はるかに遅い反応の。 そのような反応は、1つまたは複数の反応物の総エネルギーよりも低い総エネルギーを有する1つまたは複数の生成物を有する。 そうでない場合、これらの反応は外部エネルギーの追加なしでは発生しません。 しかし、高エネルギー状態から低エネルギー状態に移行するには、製品は最初に「こぶを乗り越える」必要があります。その「こぶ」はEです。a. 触媒は本質的に、反応エネルギーの道に沿った隆起を滑らかにし、 反応物は、単に反応の高さを下げることによって、反応のエネルギー「下り坂」に到達します。 「丘の頂上」
化学システムは、正と負の触媒の例を特徴としており、前者は反応速度を加速する傾向があり、負の触媒はそれらを遅くするのに役立ちます。 望ましい特定の結果に応じて、両方が有利になる可能性があります。
触媒化学
触媒は、反応物の1つに一時的に結合するか、化学的に修飾し、その物理的性質を変えることによって、その働きを実行します。 1つまたは複数の反応物を1つまたは複数の反応物の1つに変換しやすくする方法での立体配座または3次元形状 製品。 泥の中を転がり、中に入る前にきれいにする必要がある犬がいると想像してみてください。 泥はやがて犬から自然に剥がれ落ちますが、もしあなたが犬を庭のスプリンクラーの方向に突き出す何かをすることができれば 泥が毛皮から素早く吹き飛ばされるように、あなたは事実上、汚い犬からきれいな犬への「反応」の「触媒」としての役割を果たしたでしょう。
ほとんどの場合、反応の通常の要約には示されていない中間生成物は、反応物と触媒から形成され、 この複合体が1つまたは複数の最終生成物に変化すると、触媒は、そのいずれにも何も起こらなかったかのように再生されます。 すべて。 すぐにわかるように、このプロセスはさまざまな方法で実行できます。
均一系触媒作用
反応が考慮されます 均一系触媒 触媒と反応物が同じ物理的状態または相にある場合。 これは、ほとんどの場合、ガス状の触媒と反応物のペアで発生します。 均一系触媒の種類には、供与された水素原子が金属に置き換わった有機酸が含まれます。 何らかの形で炭素元素と金属元素を混合する化合物の数、およびコバルトに結合したカルボニル化合物または 鉄。
液体が関与するこのタイプの触媒作用の例は、過硫酸イオンとヨウ化物イオンの硫酸イオンとヨウ素への変換です。
S2O82- + 2 I- →2SO42- +私2
この反応は、好ましいエネルギーにもかかわらず、それ自体で進行するのは難しいでしょう。 反応物は負に帯電しているため、静電特性は化学物質とは反対です。 品質。 しかし、正電荷を帯びた鉄イオンが混合物に加えられると、鉄は負電荷を「そらし」、反応は急速に進みます。
自然に発生するガス状の均一系触媒作用は、酸素ガス、またはOの変換です。2、大気中のオゾン、またはO3、ここで酸素ラジカル（O-）は中間体です。 ここでは、太陽からの紫外線が真の触媒ですが、存在するすべての物理的化合物は同じ（ガス）状態にあります。
不均一触媒作用
反応が考慮されます 不均一に触媒される 触媒と反応物が異なる相にあり、反応がそれらの間の界面（最も一般的には、気固「境界」）で発生する場合。 より一般的な不均一系触媒には、無機（つまり、炭素を含まない）固体（元素など）が含まれます。 金属、硫化物、金属塩、および有機物質の散乱、特にヒドロペルオキシドとイオン 交換器。
ゼオライトは、不均一系触媒の重要なクラスです。 これらは、SiOの繰り返し単位で構成された結晶性固体です。4. これらの結合された分子のうちの4つのユニットは、互いにリンクされて、異なるリングおよびケージ構造を形成します。 結晶内にアルミニウム原子が存在すると、電荷の不均衡が生じますが、これはプロトン（つまり水素イオン）によって相殺されます。
酵素
酵素は、生体系の触媒として機能するタンパク質です。 これらの酵素には、基質結合部位または活性部位と呼ばれる成分があり、触媒作用下での反応に関与する分子が結合します。 すべてのタンパク質の構成要素はアミノ酸であり、これらの個々の酸のそれぞれは、一端から他端まで不均一な電荷分布を持っています。 この特性が、酵素が触媒能力を持っている主な理由です。
酵素の活性部位は、鍵が錠前に入るように、基質の正しい部分（反応物）と一緒にフィットします。 前述の触媒は、多くの場合、一連の異なる反応を触媒するため、酵素のような化学的特異性を持たないことに注意してください。
一般に、より多くの基質とより多くの酵素が存在する場合、反応はより速く進行します。 しかし、酵素を追加せずに基質を追加すると、すべての酵素が追加されます 結合部位が飽和状態になり、反応がその酵素の最大速度に達しました 濃度。 酵素によって触媒される各反応は、酵素の存在によって形成される中間生成物の観点から表すことができます。 つまり、書く代わりに：
S→P
基板が製品に変換されていることを示すために、これを次のように表すことができます。
E + S→ES→E + P
ここで、中期は酵素-基質（ES）複合体です。
酵素は、上記の触媒とは異なる触媒のカテゴリーとして分類されますが、均一または不均一のいずれかになります。
酵素は狭い温度範囲内で最適に機能します。これは、通常の状態で体温が数度以上変動しないことを考えると理にかなっています。 極端な熱は多くの酵素を破壊し、それらの特定の三次元形状を失います。これは、すべてのタンパク質に適用される変性と呼ばれるプロセスです。