κατάλυση

Φαινόμενο κατά το οποίο μικρή ποσότητα μιας ξένης ουσίας, η οποία καλείται καταλύτης, αυξάνει την ταχύτητα μιας χημικής αντίδρασης (θετική κ.) ή την ελαττώνει (αρνητική κ.). Οι καταλύτες δρουν σε ελάχιστες ποσότητες και δεν μετέχουν στην αντίδραση, με την έννοια ότι η ποσότητα και η ποιότητά τους παραμένουν αναλλοίωτες μετά το τέλος της αντίδρασης. Οι αντιδράσεις αυτού του τύπου ονομάζονται καταλυτικές και παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά στις αρχές του 19ου αι. από Ευρωπαίους ερευνητές, μεταξύ των οποίων ο Μπερτσέλιους. Στην αρχή πίστευαν ότι η συμπεριφορά αυτή ήταν χαρακτηριστική για έναν περιορισμένο αριθμό αντιδράσεων, με την πρόοδο όμως των εργαστηριακών μελετών διαπιστώθηκε ότι ένας τέτοιος μηχανισμός ήταν αρκετά διαδεδομένος τόσο στον ανόργανο όσο και στον οργανικό κόσμο. Σήμερα γίνεται δεκτό ότι το μεγαλύτερο μέρος των χημικών αντιδράσεων συμβαίνουν πράγματι με την επίδραση ορισμένων καταλυτών. Οι καταλύτες επιδρούν όμως μόνο στην ταχύτητα της αντίδρασης και όχι στη θέση ισορροπίας της, ενώ διευκολύνουν αντιδράσεις οι οποίες συντελούνται και με απουσία του καταλύτη, αλλά σε μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Ο μηχανισμός με τον οποίο δρουν –από θερμοδυναμική άποψη– οι καταλύτες σχετίζεται με την προσφορά ενός εναλλακτικού δρόμου πραγματοποίησης της αντίδρασης, ο οποίος απαιτεί μικρότερη ενέργεια ενεργοποίησης. Η κ. γενικά διακρίνεται σε τρεις κατηγορίες: στην ετερογενή, στην ομοιογενή και στην ενζυμική. ετερογενής κ. Στην ετερογενή κ., ο καταλύτης βρίσκεται σε διαφορετική φάση από τα υπόλοιπα συστατικά της αντίδρασης. Συνήθως, τα αντιδρώντα και τα προϊόντα βρίσκονται σε αέρια ή σε υγρή φάση, ενώ ο καταλύτης είναι ένα στερεό σώμα. Η καταλυτική αντίδραση λαμβάνει χώρα στην επιφάνεια του στερεού, όπου οι αέριες ή υγρές ουσίες προσροφούνται, με αποτέλεσμα την αύξηση της συγκέντρωσής της· επομένως σε αυτή την περίπτωση είναι σημαντικό o καταλύτης να έχει εκτεταμένη επιφάνεια. Παράδειγμα αποτελεί η κατεργασία του ελαίου, όπου τα έλαια υποβάλλονται σε αντίδραση με υδρογόνο, παρουσία λεπτότατα διαμερισμένου νικελίου, το οποίο δρα καταλυτικά και επηρεάζει σημαντικά την ταχύτητα της αντίδρασης. Στα φαινόμενα αυτά, o καταλυτικός παράγοντας είναι τόσο περισσότερο ενεργός όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνειά του, γι’ αυτό οι στερεοί καταλύτες πρέπει να χρησιμοποιούνται με τη μορφή του μέγιστου διαμερισμού. Αυτή την ειδική συμπεριφορά παρατήρησαν πολλοί ερευνητές, οι οποίοι επέμεναν να την αποδώσουν σε ένα φαινόμενο προσρόφησης, το οποίο εκδηλώνεται ανάμεσα στην επιφάνεια του καταλύτη και στην ουσία που καταλύεται. Η ετερογενής κ. διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη χημική επεξεργασία του πετρελαίου καθώς και στη χημική βιομηχανία. ομοιογενής κ.Στην ομοιογενή κ., τα αντιδρώντα σώματα, τα προϊόντα της αντίδρασης και ο καταλύτης βρίσκονται στην ίδια φάση, η οποία συνήθως είναι η υγρή· παράδειγμα αποτελεί η αναστροφή του καλαμοσάκχαρου σε υδατικό διάλυμα, όπου ο καταλυτικός παράγοντας είναι ένα οξύ. Η ομοιογενής κ. είναι σημαντική στη χημική βιομηχανία και στη βιομηχανία των πετροχημικών. ενζυμική κ. Έτσι ονομάζεται το φαινόμενο της κ. των χημικών αντιδράσεων, οι οποίες πραγματοποιούνται σε ζωντανούς οργανισμούς, με τη συμμετοχή ειδικών καταλυτών (βιοκαταλύτες), που ονομάζονται ένζυμα. Η ενζυμική κ. διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στις μεταβολικές διαδικασίες αλλά και σε ορισμένες βιομηχανίες, όπως είναι η βιομηχανία των ζυμώσεων, ενώ χαρακτηρίζεται από μεγάλη εξειδίκευση (βλ. λ. ένζυμα). Χαρακτηριστικό είναι το φαινόμενο της αυτοκατάλυσης, κατά το οποίο ένα ενδιάμεσο ή ένα τελικό προϊόν της αντίδρασης μπορεί να δράσει ως καταλύτης στην ίδια αντίδραση. Στην περίπτωση αυτή παρατηρείται αρχικά μια χαμηλή ταχύτητα αντίδρασης (συχνά σχεδόν μηδενική), η οποία τείνει σταδιακά να αυξηθεί –καθώς αυξάνει η συγκέντρωση του καταλυτικού προϊόντος–, ώσπου να γίνει ακαριαία. Οι καταλύτες μπορεί να είναι ενεργητικοί ή επιταχυντικοί (θετικοί) και επιβραδυντικοί (αρνητικοί). Ως θετικοί ορίζονται εκείνοι οι οποίοι επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις και αρνητικοί εκείνοι που τις παρεμποδίζουν ή τις επιβραδύνουν. Σημαντική εφαρμογή των αρνητικών καταλυτών, οι οποίοι ονομάζονται και αναστολείς, αφορά τον τομέα των προσθετικών ουσιών που χρησιμοποιούνται για να παρεμποδίσουν ή να επιβραδύνουν τυχαίες ανεπιθύμητες αντιδράσεις. Άλλη εφαρμογή αποτελούν τα αντιοξειδωτικά (παρεμποδίζουν την οξείδωση από το μοριακό οξυγόνο και έχουν εμπορική σημασία για τη συντήρηση των τροφίμων), οι αναστολείς διάβρωσης και γενικά τα συντηρητικά. Μια ιδιότητα των αρνητικών καταλυτών είναι να παρεμποδίζουν τη δράση των θετικών καταλυτών· στην περίπτωση αυτή ονομάζονται δηλητήρια των καταλυτών. Ένα από τα κύρια αυτά δηλητήρια είναι το θείο, του οποίου η δράση είναι δηλητηριώδης για τους περισσότερους μεταλλικούς καταλύτες. Οι καταλύτες κάποιες φορές δεν είναι ικανοί να αρχίσουν από μόνοι τους την αντίδραση την οποία πρέπει να επηρεάσουν· στην περίπτωση αυτή έχουν ανάγκη από ειδικές ουσίες, οι οποίες ονομάζονται ενεργοποιητές. Οι ουσίες αυτές ξεκινούν την αντίδραση, η οποία ύστερα επηρεάζεται κανονικά από τον καταλύτη. Οι καταλύτες εξαντλούνται με την παρατεταμένη χρήση τους, μειώνεται δηλαδή η καταλυτική ισχύς τους, ειδικότερα όταν χρησιμοποιούνται σε υψηλές θερμοκρασίες. Η εξάντλησή τους φαίνεται ότι οφείλεται σε μετασχηματισμούς που αποδίδονται στο εσωτερικό μέρος των καταλυτών, οι οποίοι υφίστανται έτσι ελάττωση της επιφάνειάς τους, με συνέπεια τη μείωση ή την εξάντληση της δραστηριότητάς της. Οι καταλύτες είναι δυνατόν να εξασθενήσουν από τη δράση ουσιών που βρίσκονται σε μικρές ποσότητες στο περιβάλλον της χημικής αντίδρασης ή από τη δράση ουσιών που παράγονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Η κατάσταση αυτή ονομάζεται κόπωση του καταλύτη. Για να αποτραπεί η εξασθένηση της δράσης του καταλύτη προστίθενται ουσίες ικανές να εμποδίσουν ή τουλάχιστον να επιβραδύνουν το φαινόμενο αυτό. Οι ουσίες αυτές μπορεί να προστεθούν στο περιβάλλον της χημικής αντίδρασης ή να ενσωματωθούν στον καταλύτη. Στις καταλυτικές αντιδράσεις μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως παράγοντας ενεργοποίησης μία απλή, δύο ή και περισσότερες ουσίες ενωμένες μεταξύ της. Τα σύνολα αυτά ονομάζονται μεικτοί καταλύτες και εφαρμόζονται ευρύτατα, καθώς έχει αποδειχθεί ότι όταν σε έναν ειδικό καταλύτη προστεθούν έστω και ελάχιστες ποσότητες του δεύτερου καταλύτη, η δραστηριότητα του πρώτου αυξάνεται. Οι καταλυτικές αντιδράσεις απέκτησαν τα τελευταία χρόνια μεγάλη σημασία σε όλους τους τομείς της τεχνολογίας. Όλα τα συνθετικά και τεχνητά προϊόντα που χρησιμοποιούνται στις βιομηχανίες ελαστικών, χρωμάτων, καυσίμων, φαρμάκων, εκρηκτικών κλπ. προκύπτουν με σταθερή εφαρμογή των καταλυτών. Οι καταλύτες αυτοί επέτρεψαν την ευκολότερη και ταχύτερη παραγωγή ουσιών, έτσι ώστε να είναι δυνατή η εκμετάλλευσή τους από τη βιομηχανία. Παράδειγμα βιομηχανικής κ. έχουμε κατά την παραγωγή του ελαστικού, όπου χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη το ακετυλένιο, και κατά την παραγωγή συνθετικών βενζινών, με πρώτη ύλη το υγραέριο. Είναι αναγκαίο να υπογραμμιστεί ότι σε ορισμένες περιπτώσεις, αν και η παραγωγική διαδικασία αρχίζει με τις πρώτες ύλες, είναι δυνατόν να παραχθούν διαφορετικά προϊόντα, ανάλογα με το είδος του καταλύτη που χρησιμοποιείται. Ένα κλασικό παράδειγμα είναι η αντίδραση του οξειδίου του άνθρακα και του υδρογόνου για την παραγωγή υδρογονανθράκων ή μεθυλικής αλκοόλης, αν χρησιμοποιηθεί ως καταλύτης ένα μεταλλικό οξείδιο. Με αλλαγή του καταλύτη μπορούμε να επαληθεύσουμε την περίπτωση κατά την οποία, αν και έχουμε παράγει το ίδιο προϊόν αντίδρασης, αυτό έχει διαφορετικές ιδιότητες. Οι καταλύτες που χρησιμοποιούνται περισσότερο είναι οι στερεοί, μεταξύ των οποίων την πρώτη θέση κατέχουν διάφορα μέταλλα και πολλά μεταλλικά οξείδια. Οι απλοί καταλύτες, που εφαρμόζονται περισσότερο σε μεταλλική κατάσταση, είναι το νικέλιο για την υδρογόνωση των λιπών (παρασκευάζεται γι’ αυτή τη χρήση με μια μέθοδο που εισήγαγε ο Ράνεϊ το 1925, η οποία επιτυγχάνεται με την παρασκευή κράματος από ένα ενεργό μέταλλο και ένα ανενεργό, το οποίο κονιορτοποιείται λεπτότατα και ύστερα ενεργοποιείται με μια χημική κατεργασία), ο σίδηρος για την παρασκευή της συνθετικής αμμωνίας και ο λευκόχρυσος, που χρησιμοποιείται με τη μορφή σπογγώδους μάζας και χαρακτηρίζεται από εξαιρετικά εκτεταμένη επιφάνεια. Στον τύπο αυτό ανήκει και o καταλυτικός χαλκός (ερυθρόφαιη σκόνη που εφαρμόζεται στην υδρογόνωση των αλδεϋδών και της κετόνης) και το παλλάδιο, κατάλληλο για τις αντιδράσεις υδρογόνωσης. Από τους καταλύτες με μορφή μεταλλοξειδίων, αναφέρεται το οξείδιο του χαλκού, το οξείδιο του ψευδαργύρου (που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή της μεθυλικής αλκοόλης), το οξείδιο του μαγγανίου και του μολυβδαινίου, που εφαρμόζονται για τη σύνθεση των οργανικών οξέων, το οξικό οξύ και τα οξείδια του βαναδίου. Από τους μεικτούς καταλύτες μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει η ένωση οξειδίου-χαλκού και χρωμίου-νικελίου, που χρησιμοποιείται στην υδρογόνωση του βενζολίου για να παρασκευαστούν οι πρώτες ύλες συνθετικών ινών (το νάιλον) και σε ειδικές αντιδράσεις της οργανικής χημείας. Ακόμα και ορισμένοι τύποι ακτινοβολιών μπορούν να θεωρηθούν καταλύτες· για παράδειγμα, το υπεριώδες φως είναι ο καλύτερος καταλύτης για τη χλωρίωση των οργανικών αλειφατικών ενώσεων, η οποία ονομάζεται φωτοχλωρίωση. Το ηλιακό φως καταλύει πολλά φαινόμενα οξειδωτικής αποικοδόμησης και σημαντικότατες βιολογικές αντιδράσεις, όπως η σύνθεση της βιταμίνης D στον ανθρώπινο οργανισμό και η χλωροφυλλική φωτοσύνθεση στα φυτά. H κατάλυση βρίσκει εφαρμογή σε πολλές χημικές βιομηχανίες, όπως αυτές που παράγουν θειικό οξύ, πλαστικές ύλες και αμμωνία. Στη φωτογραφία, πύργοι κατάλυσης.

* * *

(AM κατάλυσις) [καταλύω]

1. κατάργηση, διάλυση, ανατροπή («κατάλυση τών δημοκρατικών αρχών»)

2. αφανισμός, εξόντωση

3. εκκλ. άδεια χρήσεως ορισμένων τροφών σε ημέρες νηστείας

νεοελλ.

1. στρ. στάθμευση τμήματος στρατού, προσωρινή εγκατάσταση

2. χημ. η δράση κατά την οποία μια ουσία μεταβάλλει την ταχύτητα μιας χημικής αντίδρασης, αυξάνοντας ή ελαττώνοντάς την, χωρίς να φαίνεται ότι παίρνει μέρος στην αντίδραση

αρχ.

1. (για πόλεμο) κατάπαυση, ειρήνευση

2. η λύση διαφοράς

3. (για μέλη τού σώματος) αδυναμία, ανικανότητα

4. τόπος για ανάπαυση

5. κατοικία

6. στον πληθ. αἱ καταλύσεις

τόποι για διαμονή

7. φρ. «καταλύσεως τοῡ δήμου γραφή» — η μήνυση που απευθυνόταν εναντίον καθενός που επιχειρούσε την ανατροπή τού δημοκρατικού πολιτεύματος.