催化

催化（catalysis）或催化作用，是利用催化剂参与，改变化学反应速率而不影响化学平衡的作用。广泛发生于无机物反应、有机物反应、生物体内反应。

许多化学工业要利用催化作用来获得需要的反应速率。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率，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均相催化和多相催化中，也可以发生在复相催化中：

均相催化反应

在均相催化反应中，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^{\ominus }=+1.47{\text{V}}

加入鐵(III)離子可催化以上反應，機理如下:

\mathrm {2Fe_{(aq)}^{3+}+2I_{(aq)}^{-}=I_{2(aq)}+2Fe_{(aq)}^{2+}}

E^{\ominus }=+0.23{\text{V}}

\mathrm {2Fe_{(aq)}^{2+}+{{S_{2}}{O_{8}}}_{(aq)}^{2-}=2Fe_{(aq)}^{3+}+2SO_{4}^{2-}{_{(aq)}}}

E^{\ominus }=+1.24{\text{V}}

又例如以Δ代表催化剂，反应过程如下：

\left(\mathrm {A} \right)+\left(\Delta \right)=\left(\mathrm {A} \Delta \right)

\left(\mathrm {A} \Delta \right)+\left(\mathrm {B} \right)=\left(\mathrm {K} \right)+\left(\Delta \right)

所以最终结果为：

\left(\mathrm {A} \right)+\left(\mathrm {B} \right)+\left(\Delta \right)=\left(\mathrm {K} \right)+\left(\Delta \right)

本来A和B之间不能直接反应或反应速率太慢，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：

擴散-反应物扩散到催化剂的表面；
吸附-反应物被吸附到催化剂表面；
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；
脫附-新的产物从催化剂表面解吸。
擴散-產物從催化剂表面擴散

催化劑的催化作用原理較複雜，不同的催化劑的作用原理不盡相同，酶的催化作用更為複雜，而且具有高度的選擇性，只能對某種特定的反應進行催化，在食品工業和藥物合成中，經常利用酶来進行催化。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能階，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。