Ein Katalysator ist jede Substanz, die eine chemische Reaktion beschleunigt. Es kann organisch, synthetisch oder metallisch sein. Der Vorgang, bei dem diese Substanz eine Reaktion beschleunigt oder verlangsamt, wird als Katalyse bezeichnet.
Damit ein Prozess ablaufen kann, wird Energie, die sogenannte Aktivierungsenergie, benötigt. Ohne die Hilfe eines Katalysators ist die Energiemenge, die benötigt wird, um eine bestimmte Reaktion auszulösen, hoch. Wenn eine vorhanden ist, wird die Aktivierungsenergie gesenkt, wodurch die Reaktion effizienter abläuft. Die Substanz funktioniert im Allgemeinen, indem sie entweder die Struktur eines Moleküls ändert oder sich an Reaktantenmoleküle bindet, wodurch sie sich verbinden, reagieren und ein Produkt oder eine Energie freisetzen. Zum Beispiel ist ein Katalysator erforderlich, damit sich Sauerstoff- und Wasserstoffgase verbinden und Wasser bilden können.
Ohne die Hilfe eines Katalysators könnten chemische Reaktionen möglicherweise nie ablaufen oder eine deutlich längere Reaktionszeit benötigen. Bei der chemischen Reaktion wird der Katalysator selbst nicht verändert und ist nicht Teil des Endergebnisses. In den meisten Fällen kann es in nachfolgenden Reaktionen immer wieder verwendet werden.
Anstatt eine Reaktion zu beschleunigen, verlangsamt manchmal ein Katalysator eine Reaktion, die normalerweise nicht oder nur sehr langsam abläuft. Diese Art von Substanz ist ein negativer Katalysator, der auch als Inhibitor bezeichnet wird. Hemmstoffe sind wichtig in der Medizin, wo sie bei der Behandlung von psychischen Erkrankungen, Bluthochdruck, Krebs und unzähligen anderen Gesundheitsproblemen von entscheidender Bedeutung sind.
Ein Katalysator wird unter zwei Arten von Bedingungen verwendet, entweder chemisch oder biochemisch. Am häufigsten bei biochemischen Reaktionen sind Enzyme. Enzyme sind hochspezialisierte Proteine, die bestimmte chemische Reaktionen beschleunigen. Sie machen das Leben möglich. Beispielsweise zerlegt ein im Speichel enthaltenes Enzym Nahrung für die Verdauung bei Kontakt. Ohne dies würde es Wochen dauern, bis der Mensch unsere Nahrung verdaut hat.
Auch im Labor sowie in der Fertigung und Industrie sind Katalysatoren wichtig. Einer der bekanntesten ist der Katalysator, der dazu beiträgt, Autoemissionen zu vermeiden und den Kraftstoffverbrauch effizienter zu gestalten. Düngemittel sind auch Katalysatoren, die das Pflanzenwachstum beschleunigen.