Homogenní vs. heterogenní katalyzátory
Katalyzátory se rozdělují na dvě hlavní skupiny - homogenní katalyzátory (reaktanty i katalyzátor jsou stejného skupenství) a heterogenní katalyzátory (katalyzátor má jiné skupenství než reaktanty).
Katalýza může být také heterogenní, pokud je katalyzátorem kapalina nemísitelná s reaktanty (například pokud reaktanty jsou polární a katalyzátor nepolární).
Konkrétním příkladem homogenní katalýzy je rozklad kyseliny mravenčí na vodu a oxid uhelnatý, katalyzovaný koncentrovanou kyselinou sírovou.
Tato reakce se sama od sebe téměř neodehrává, ale v kyselém prostředí (tzn. katalyzátorem je nějaká kyselina v roztoku) k reakci dochází. Ve schématu je znázorněn pouze proton, protože kyselé prostředí se vyznačuje právě zvýšenou koncentrací protonů. Konkrétní kyselina, ze které pochází, není tak důležitá.
Na začátku i na konci reakce zbyl jeden proton, katalyzátor se tedy nespotřeboval.
V chemickém průmyslu je však častější heterogenní katalýza, protože odstraňovat homogenní katalyzátor z roztoku produktů je většinou složité a drahé. Dobrým příkladem heterogenní katalýzy je katalýza výroby oxidu sírového, který se dále využívá k výrobě kyseliny sírové:
Oba reaktanty jsou plyny a jako katalyzátor se využívá oxid vanadičný. Plyny se zachytávají (adsorbují) na povrchu destičky z oxidu vanadičného a reagují na něm. Konkrétně tento proces vypadá takto:
V praxi jsou pevné katalyzátory obvykle kovové destičky, zrnka kovů nebo jemné prášky (je důležitý velký povrch).
Existují reakce, ve kterých je produkt zároveň katalyzátorem. Tyto reakce nejprve probíhají pomalu, ale s přibývajícím množstvím produktu se zrychlují. Říká se jim autokatalytické (samokatalytické). Příkladem může být oxidace kyseliny šťavelové manganistanem, při které vznikají manganaté ionty. Ty jsou zároveň katalyzátorem.
Nakonec je třeba říct, že ne každý katalyzátor může „popohánět“ jakoukoliv reakci. Katalyzátorům, které urychlují pouze specifické reakce konkrétních látek, se říká selektivní a nejčastěji jsou jimi tzv. enzymy. Ty umožňují nejrůznější reakce v živých organismech a tvoří složitý systém, díky kterému v organismech neprobíhají všechny možné, tedy i nechtěné, reakce zároveň. Víc ti o nich řeknu, až se budeme bavit o biochemii.
Praktické využití:
Dnes mají všechna benzínová a naftová auta drahou součástku zvanou katalyzátor, která obsahuje vrstvu kovů, jako je platina a ruthenium. Přes ně za provozní teploty (asi 400 až 800 ^{\circ}\mathrm{C} ) procházejí výfukové plyny, z nichž některé jsou jedovaté, například oxid uhelnatý (CO) a oxid dusnatý (NO). Na povrchu kovu dochází ke katalýze oxidace (oxidu uhelnatého na oxid uhličitý \left(\mathrm{CO}_{2}\right) ) a redukce (oxidu dusnatého na dusík \left(\mathrm{N}_{2}\right) ), čímž do ovzduší odchází daleko méně škodlivin, než kolik jich v motoru vzniká.