Katalizator: Definicja i Zasada Działania
Katalizator to substancja chemiczna, która przyspiesza reakcje chemiczne poprzez obniżenie energii aktywacji. Działa to poprzez tworzenie przejściowego kompleksu z substratem, co umożliwia reakcję z mniejszą ilością energii.
Reakcja bez katalizatora:
A + B → AB
Reakcja z katalizatorem:
A + K → AK (produkt przejściowy)
AK + B → AB + K (produkt końcowy + odtworzony katalizator)
Katalizator nie ulega trwałej przemianie chemicznej, a jego działanie nie wpływa na równowagę reakcji, lecz może zwiększać selektywność produktu głównego.
Kataliza a Inhibicja
Pojęcie „katalizator ujemny” jest mylne. Zamiast tego, w przypadku spowolnienia reakcji mówimy o inhibitorach, które trwale wiążą się z substratem, uniemożliwiając dalszy przebieg reakcji.
Rodzaje Katalizatorów
- Katalizator homogeniczny: znajduje się w tej samej fazie co reagenty (np. roztwór).
- Katalizator heterogeniczny: tworzy odrębną fazę, np. w procesach utleniania SO2.
Katalizatory heterogeniczne składają się z:
- składnika aktywnego, który przyspiesza reakcję,
- nośnika, który rozwija powierzchnię katalizatora,
- promotorów, które polepszają strukturę geometryczną składnika aktywnego.
Typy Katalizatorów Heterogenicznych
- Katalizator nośnikowy: naniesiony na składnik niebiorący udziału w reakcji.
- Katalizator stopowy: powstaje przez spiekanie składnika aktywnego z promotorami.
- Katalizator współstrącany: uzyskiwany przez strącanie składnika aktywnego z roztworu soli.
Produkcja i Zapotrzebowanie na Katalizatory
Globalny rynek katalizatorów osiąga wartość kilkunastu miliardów dolarów rocznie, z prognozowanym wzrostem o kilka procent rocznie. Główne segmenty rynku to ochrona środowiska, rafinacja ropy naftowej, produkcja chemiczna oraz polimeryzacja.
Najwięksi producenci katalizatorów na świecie to m.in.:
- W. R. Grace and Company
- BASF SE
- Albemarle Corporation
- Johnson Matthey
- Honeywell (UOP LLC)
- Clariant
- Haldor Topsoe
- CRI Catalyst Company
W Polsce dominującymi producentami są Grupa Azoty S.A. i Instytut Nowych Syntez Chemicznych, wytwarzające różnorodne katalizatory dla przemysłu nawozowego i petrochemicznego.
