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admin

2016-12-28 06:37:06

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금속촉매[metal catalyst]

스스로는 반응의 전후에서 변화하지 않고 특정한 화학반응을 촉진하는 기능을 가진 금속을 촉매금속이라고 부른다. 금속촉매는 넓은 의미에서는 금속이 반응의 촉진에 관여하는 촉매전반을 나타내는데, 통상은 금속 그 자체를 촉매로 쓰이는 것을 나타내고 금속산화물촉매, 금속황화물촉매, 금속염화물촉매와 구별하고 있다. 이들 외에도 유기금속착물의 특이적인 촉매작용을 이용한 유기금속촉매 등의 명칭이 쓰이고 있다.

금속에 촉매작용이 있다는 것은 19세기초 수소와 산소의 혼합가스를 백금에 접촉시키면 물이 생성하는 실험에서 밝혀지게 되었다. 금속촉매가 사회생활에 가장 큰 영향을 미치는 것은 1908년에 독일의 화학자 하버가 철촉매를 사용하여 질소와 수소를 반응시켜 암모니아의 합성에 성공한 점이다. 질소를 암석에서 아니라 공기에서 회수하는 기술이 개발되기 때문에 당시 질소비료의 공업생산량이 비약적으로 증대하였다.

하버의 농업생산의 향상에 대한 다대한 공적에 대해 노벨화학상이 수여될 정도이다. 금속은 일반적으로 기체나 액체와의 반응성에 풍부하지만, 촉매로서 작용하기 위해서는 적당한 반응성이 필요하다. 반응성이 너무 높으면 안정된 화합물을 형성하고 원래의 금속에도 얻기 힘들기 때문이다.

적당한 반응성을 이용한 금속촉매와 화학반응의 조합으로는 백금, 팔라듐, 루테늄 등의 귀금속을 이용한 수소화반응․산화반응 또는 철, 니켈, 코발트 등의 전이금속을 이용한 수소화반응․합성가스(일산화탄소와 수소의 혼합가스)에서의 탄화수소에 대한 합성반응 등을 들 수 있다. 또 은촉매에 의한 에틸렌의 산화반응도 금속촉매를 이용한 중요한 공업반응의 하나이다.

금속이 촉매작용을 나타내는 이유는 금속표면이 반응물 속 수소-수소결합이나 산소-산소결합을 절단한 후 반응중간체라고 불리우는 불안정한 화합물을 만들고, 반응중간체가 목적하는 생성물로 변화하는 것을 돕는 기능을 갖기 때문이다.

금속촉매는 반응온도를 높게 하면 응집현상에 의해 표면적이 감소하고 반응물과의 촉매효율이 저하한다. 그런 이유로 실용상 사진에 나타난 대로 운반체라고 불리우는 것을 펠릿에 성형하고 그 표면에 분산시켜서 사용하는 경우가 많다.

금속촉매는 화학공업제품을 만들어 낼뿐만 아니라 자동차의 배가스 정화로부터 카이로에 이르기까지 일상생활에 있어서도 다종의 용도가 있다.