Шундай реакциялар борки, агар иккала асосий дастлабки моддалар (А + B) ўзаро бевосита таъсир эттирилса, улар ўзаро реакцияга киришмайдилар. Чунки улар ўртасида борувчи реакциянинг фаолланиш энергияси Efaol >120 кЖ/мол. Лекин бу фаол системага учинчи (K) модда киритилса, (A + B + K) аралашмада реакция жуда катта тезлик билан боради, AB-модда ҳосил бўлади ва K моддаси ўзгаришсиз ажралиб чиқади:
A+B+K → [ABK] → AB + K
Бу келтирилган мисолдан кўриниб турибдики, реакциялар тезлиги асосий моддалардан ташқари учинчи модда иштирокига ҳам боғлиқ экан. Бундай моддалар катализаторлар дейилади.
Катализаторлар — реакцияда қатнашиб, унинг тезлигини ўзгартириб, реакциядан сўнг ўз ҳолатини сақлаган ҳолда ажралиб чиқадиган кимёвий моддалардир. Катализатор иштирок этадиган реакциялар каталитик реакциялар дейилади. Катализатор таъсирида реакция тезлигининг ўзгариши ҳодисаси катализ деб айтилади.
Катализаторлар икки хил бўлади. Мусбат катализатор, яъни реакция тезлигини оширувчи моддалар. Реакция тезлигини секинлаштирувчи катализатор моддалар манфий катализаторлар, яъни ингибиторлар дейилади.
Fe коррозиясини секинлаштириш учун анилин ёки Ca(HCO3)2 ингибитор бўлса, HCI синтезини O₂ ингибитори таъсирида секинлаштириш мумкин. Реакцияда иштирок этувчи моддалар ва катализаторларнинг агрегат ҳолатига кўра гомоген ва гетероген катализ бўлиши мумкин.
Гомоген катализ — реакцияга киришувчи моддалар ва катализатор бир агрегат ҳолатда бўлган каталитик реакциялардир. Мисол:
2CO(r)+O2(g)→ kat-H2O(bug) →2CO2
CO газини CO, газигача оксидланишида сув буғи катализатор бўлади.
2SO2(g) + O2(g) → 2SO, реакцияда NO гази катализатордир. Гомоген катализга тирик организмда борувчи барча каталитик реакцияларни киритиш мумкин. Масалан:
Крахмал →(kat. = ptialin) → Қанд
Тирик организмда фаолият кўрсатувчи катализаторларни биокатализаторлар ёки ферментлар деб айтилади. Шундай ферментлар қаторига «птиалин» дан ташқари «пепсин» моддаси ҳам киради. Бу катализатор ошқозонда оқсилли моддаларни тезроқ парчаланишига ёрдам беради.
Эритмаларда борадиган кўпчилик каталитик реакцияларда эритувчи молекулалари катализатор вазифасини ўтайди. Бу жараёнларда баъзан H+, (H2O)+ ва OH— ионлари ҳам иштирок этиши мумкин.
Гетероген катализ катализатор ва реакцияларга киришувчи моддалар турли агрегат ҳолатларда бўлган системаларда борадиган каталитик реакциялардир. Бу катализ турига аммиак синтезини мисол қилиб келтириш мумкин.
N₂(g) +3H2(g) →kat = Fe(Al2O3) →2NH3 (g)
да катализатор қаттиқ модда. Контакт усулида сулфат кислота синтезида
2SO2(r) +O2(r)→ V2O5 (yoki Pt) →2SO3
да катализатор қаттиқ модда.
Шундай реакциялар борки, уларда алоҳида катализатор қўлланилмайди, лекин реакция давомида ҳосил бўладиган моддалардан бирортаси катализатор вазифасини бажаради. Бу жараённи «аутокатализ» дейилади. Масалан: перманганат иони — MnO4— билан борадиган (pH<7) оксидланиш-қайтарилиш реакциялари аввал секинроқ бориб, бир оз вақтдан сўнг жуда тезлашиб кетади:
MnO4— + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H₂O
Чунки реакция натижасида ҳосил бўлувчи Mn2+ иони катализатор вазифасини бажариб, реакциянинг тезлашувига сабаб бўлади. Табиийки, катализатор нима сабабдан реакция тезлигини оширади, деган савол туради. Бу саволга жавоб бериш учун каталитик реакцияларнинг энергетик хусусиятлари ва механизмини билиш зарур. Катализаторнинг асосий вазифаси реакцияларнинг фаолланиш энергиясини камайтиришдан иборат. Бунинг исботи сифатида қуйидаги далилларни келтириш мумкин: 2HJ→ H₂ + J₂ реакцияни таҳлил этиб кўрайлик.
Агар реакцияда катализатор ишлатилмаса, Efaol=168 кЖ/мол. фаол Au (олтин) бўлса, Efaol=105 kJ/mol; агар фаол Агар катализатор катализатор Pt (платина) бўлса, Efaol= 59 кЖ/мол бўлади. фаол
Катализатор «селективлик» (танловчанлик) хоссасига эга. Чунки, айнан 2 та бир хил модда ўртасида борувчи каталитик реакцияда катализаторларни ўзгартириш билан турли хил реакция маҳсулотларини ҳосил қилиш мумкин:
Шундай моддалар ҳам борки, уларнинг ўзлари катализаторлик қила олмасаларда, бироқ катализаторнинг фаоллигини оширадилар. Бундай моддаларни «промотор» лар деб айтилади. Масалан: V₂O5 катализаторнинг промотори Na₂SO₄ тузидир.
Аксинча, катализатор фаоллигини кескин камайтириб юборувчи моддалар «катализатор заҳари» дейилади. Булар HCN, As2O3 SO2 ва бошқа моддалар.