催化

催化是利用催化剂改变化学反应速度的一种工艺。许多化学工业要利用催化作用来获得需要的反应速度。催化也是一种化工单元过程，催化剂本身在反应中不会被消耗，但催化剂会改变反应速度，一催化劑亦可能參與複數的催化反應。正催化劑可加速反應；負催化劑或抑制劑則會與反應物反應進而降低化學反應。可提高催化劑活性的物質稱為促進劑；降低催化劑活性者則稱為催化毒。

相較於未催化的反應，同溫度的催化反應擁有較低的活化能。催化劑可以藉由結合反應物達到極化的效果，如酸催化劑之於羰基化合物的合成；催化劑也可產生非自然的反應中間物，如以四氧化鋨催化烯烴的雙羥基化中產生的鋨酸鹽酯；催化劑亦可造成反應物的裂解，如製氫時產生的單原子氫。

很多物质都可以做催化剂，在无机物反应中，通常利用酸、碱、金属或金属化合物作为催化剂，在有机物反应中多用有性的蛋白质分子——酶作为催化剂，生物体内许多化学反应都依赖酶來进行的。

催化反应可以发生在单相中，也可以发生在多相中：

单相催化反应

在单相反应中，催化剂和反应物处于同一相中，一般发生在液体状态中。催化劑可與反應物生成中間體，使反應機理轉變為另一個擁用較低活化能的新機理，故反應速率得以提升。

以過二硫酸根離子（S₂O₈^2-）與碘離子（I^-）的反應為例：

S₂O₈^2-_(aq) + 2 I^- = 2 SO₄^2-_(aq) +I_{2 (aq)}

$E^{\varnothing}=+1.47 V$

加入鐵(III)離子可催化以上反應，機理如下:

$2 Fe^{3+} _{(aq)} + 2 I^{-} _{(aq)}= I_{2 (aq)} + 2 Fe^{2+} _{(aq)}$

$E^{\varnothing}=+0.23 V$

$2 Fe^{2+} _{(aq)} + {{S_{2}} {O_{8}}} ^{2-} _{(aq)} = 2 Fe^{3+} _{(aq)} +2 SO_{4}^{2-}{ _{(aq)}}$

$E^{\varnothing}=+1.24 V$

又例如以Δ代表催化剂，反应过程如下：

$\left(\Alpha\right) + \left(\Delta\right) = \left(\Alpha\Delta \right)$

$\left(\Alpha\Delta \right) + \left(\Beta\right) = \left(\Kappa\right) + \left(\Delta\right)$

所以最终结果为：

$\left(\Alpha\right) + \left(\Beta\right) + \left(\Delta\right) = \left(\Kappa\right) + \left(\Delta\right)$

本来A和B之间不能直接反应或反应速度太慢，Δ的存在促进了A和B之间的反应，生成了新的产品K。

多相催化反应

多相反应中催化剂一般是固体，催化反应按照下列步骤进行：

1. 擴散-反应物扩散到催化剂的表面；
2. 吸附-反应物被吸附到催化剂表面；
3. 反應-被吸附的反应物在催化剂表面解离各键，并因此发生反应，生成新产物；
4. 脫附-新的产物从催化剂表面解吸。
5. 擴散-產物從催化剂表面扩散

催化剂的催化作用机理较复杂，不同的催化剂的作用机理不尽相同，酶的催化作用更为复杂，而且具有高度的选择性，只能对某种特定的反应进行催化，在食品工业和药物合成中，经常利用酶来进行催化。另外，由於d棟元素原子具有不同數目的價電子及低能階的空電子軌態，故能使反應物吸附在d棟金屬表面。因此在一些反應中，包括以哈柏法生產氨氣，d棟金屬可以提供一個適當的金屬表面，進行多相催化反應。此外，二氧化錳催化過氧化氫分解成水之反應亦為多相催化作用。