触媒作用とは、触媒の存在下で起こる化学反応に与えられた名前です。触媒は、変化を受けずに特定の反応を加速できる物質です。つまり、触媒は消費されず、プロセスの最後に質量と組成の両方で完全に回収されます。
触媒作用には均一系触媒作用と均一系触媒作用の 2 種類があります。不均一系触媒作用。この記事では、そのうちの最初のものについて説明します。
均一触媒作用は、反応試薬と触媒が均一混合物を形成する場合、つまり、それらがすべて同じ相または凝集状態にある場合に発生します。
たとえば、過酸化水素 (過酸化水素の水溶液 – H 2 O 2 ) は、周囲条件下で非常にゆっくりと分解し、酸素ガスと水を生成します。この反応を促進するには、次の化学式に従ってヨウ化物イオンを触媒として使用します。
過酸化水素の分解における均一系触媒作用の例
反応物と触媒は両方とも同じ相（水性）にあり、単相系を構成していることに注意してください。
触媒は、より低い活性化エネルギーが必要な反応に新しい経路を提供するため、反応速度を高めることができます。それらは反応物と結合して中間化合物を形成し、その後変換して生成物を生成し、触媒を再生します。
これはまさに上記の反応でヨウ化物イオンが達成することです。この推論に従って、それらがどのように機能するかを見てみましょう。
* 触媒なし、暗所での過酸化水素の分解反応 (遅い):
2H2O2 → 2H2O + 1O2
※触媒による過酸化水素の分解反応（速い）：
1段目：H 2 O 2 + I – → H 2 O + IO – (中間体)
2段目：IO – + H 2 O 2 → H 2 O + O 2 + 私–
(製品) (触媒)
全体の反応: 2 H 2 O 2 → 2 H 2 O + 1O2
触媒は中間段階にのみ関与しますが、消費されず、最終製品には関与せず、最初と同じように完全に再生されることに注意してください。
次に、反応物と触媒によって形成される相が気体である均一系触媒の例について説明します。これは硫酸 (H 2 SO 4 ) の製造段階の 1 つであり、二酸化硫黄が燃焼して三酸化硫黄が形成されます。
2 SO 2(g) + O 2(g) → 2 SO 3(g)
この反応は触媒を使用しないと非常にゆっくりと進行するため、大量の硫酸を生産する必要がある産業にとっては問題となっています。この物質は経済的に重要であるため、その消費量は国の発展レベルを示すことがよくあります。
したがって、この製造段階をスピードアップするために、二酸化窒素が触媒としてよく使用されます。それは二酸化硫黄と結合し、一酸化窒素 (NO (g) ) である中間化合物 (活性化された錯体) を形成します。次に、この中間化合物が酸素ガス (O 2(g) ) と反応して触媒を再生します。
触媒 活性化複合体
ステップ 1: 2 SO 2(g) + 2 NO 2(g) → 2 SO 3(g) + 2 NO (g)
ステップ 2: 2 NO (g) + 1 O 2 (g) → 2 NO 2 (g)
全体的な反応: 2 SO 2(g) + O 2(g) → 2 SO 3(g)
すべての参加者が気相にあるため、これは実際には均一触媒作用であることに注意してください。
この 2 段階のメカニズムによる反応では、発生するのに必要な活性化エネルギーが少なくて済むため、より迅速に処理されます。これは次のグラフで示されます。
均一系触媒反応の例のグラフ図