Katalizatzailea erreakzio kimikoaren abiadura aldatzen duen eta erreakzioa bukatu ondoren bere egoerari ia aldatu gabe eusten dion substantzia da. Fenomeno horri katalisi deritzo. Harrigarria da katalizatzailearen kontzeptu hau, hots, prozesuaren amaieran ia aldatu barik erreakzio kimikoa azkartzen/moteltzen duen materiala izatea. Hori dela eta, katalisiari buruzko ikerketak gero eta ugariagoak dira, lorturiko emaitzak industrian aplikatu ahal izateko. Industria kimikoak, petrokimikoak eta farmazeutikoak aurrera egiteko, teknologia katalitiko berriak garatu behar dira. Industria hauen aurrerapenaren erronka nagusietako bat katalisia da. Katalisiaren etorkizuna lehengaien kostuaren jaitsieran, lehengai berriak sortzean eta katalizatzaile berriak lortzean datza.

Erreakzio katalitikoak homogeneoak edo heterogeneoak izan daitezke. Erreakzio homogeneoa fase bakar batean gertatzen da, gehienbat gas-fasean edo fase likidoan, azido-baseen edo erreakzioaren ingurune likidoan disolbagarriak diren konposatuen bidez. Fase homogeneoa osatzen duten katalizatzaile eta erreakzio nagusiak lehen taulan daude. Hala eta guztiz ere, benetan, katalizatzaile heterogeneoek dute industrian eta ekonomian eraginik handiena, eta, normalean, erreaktiboak gasak eta katalizatzaile solidoa dira. Bigarren taulan, katalizatzaile solido erabilienak ageri dira.

Fase homogeneoan erabiltzen diren katalizatzaileak eta eragiten dituzten erreakzioak:

Katalizatzaile solidoak eta horiek eragiten dituzten erreakzioen sailkapena:

Katalizatzailea erabiliz helburu hauek lortu nahi izaten dira:

• Erreakzio-abiadura handitzea (hots, ahalik eta katalizatzaile-kantitaterik txikiena erabiliz denbora laburrean produktuen kantitaterik handiena lortzea). Betebehar horri aktibitate deritzo. Zenbait erreakziotan, ordea, katalizatzailea abiadura moteltzeko erabiltzen da.

• Produktu jakin bat emango duen erreakzioa indartzea (hots, nahi ez diren erreakzioak saihestea edo indargetzea). Betebehar horri hautagarritasun deritzo.

• Ordeztu beharra izan gabe luzaro erabili ahal izatea. Betebehar horri desaktibaziorako erresistentzia deritzo.

Beraz, katalizatzaile solidoaren ezaugarri garrantzitsuenak aktibitatea, hautakortasuna eta egonkortasuna dira. Hala ere, horiek ez dira katalizatzaile industrialek izan behar dituzten ezaugarri bakarrak, birsortzeko eta erreproduzitzeko gaitasuna, egonkortasun termikoa eta mekanikoa, originaltasuna, prezio baxua eta ezaugarri morfologiko egokiak ere izan behar dituzte.

Katalizatzaile solidoak zenbait osagai izan behar ditu: hala nola fase aktiboa (osagai nagusia edo katalizatzailea bera), euskarria (fase aktiboa ezartzen den osagai solidoa), sustatzailea (fase aktiboaren aktibitatea indartzen duena) eta inhibitzailea (nahi ez diren erreakzio sekundarioen pasibatzailea).

Solido katalitikoa aktiboa eta hautakorra izan dadin eta desaktibazioaren aurkako erresistentzia handia eduki dezan, egoki prestatu behar da. Solidoaren prestakuntzak garrantzi nabarmena du, eta, kasu askotan, erreakzio katalitikoaren erreakzionatzeko ahalmena eta egonkortasuna ere horiexen menpe daude. Hau da, erreaktiboaren molekulek gune aktiboetara heltzeko duten erraztasunaren araberakoak dira erreaktiboaren bihurtze-abiadura eta lortu nahi dugun produktuaren sortze-abiadura. Katalizatzailearen portaera zinetikoa propietate fisikoen, mekanikoen eta azidoen araberakoa da. Propietate fisiko garrantzitsuenak gainazal espezifikoa eta poroen erradioa eta bolumen-banaketa dira.

Prozesuan, katalizatzaileak ez du aldaketa kimikorik jasaten, hasieran konposatu ezegongorrak eratzen baititu eta, gero, bere hasierako egoera berreskuratzen baitu. Erreakzioan, katalizatu gabeko erreakzioaren aktibazio-energia (Ehom) txikiagotu egiten du (hots, Ekat), hurrengo irudian erakusten den bezala. Irudian, erreaktiboen eta produktuen energia-maila irudikatu da edozein erreakzio exotermikorako. Katalizatzailea erabiliz, hainbat etapa dituen ordezko mekanismoari jarraituz gertatzen da erreakzioa. Erreakzioa katalizatzaile solidoaren barneko gune aktiboetan gertatzen denez, erreaktiboek horietara heldu behar dute eta produktuek gune horretatik erreakzio-ingurunera irten behar dute. Beraz, erreakzio katalitiko heterogeneoetan etapa hauek gertatzen dira: erreaktiboen kanpoaldeko eta barnealdeko difusioak, adsortzio kimikoa, erreakzioa eta produktuen kanpoaldeko eta barnealdeko difusioak.

Erreakzio exotermikoetarako energia-diagrama katalizatzaile barik eta katalizatzaile solidoa erabilita