触媒

高い山を歩いて越え、隣の村へ行こうとすると、たくさんの体力と長い時間がかかります。山があまりに険しいと、越えることすら諦めてしまう人も多いでしょう。そんなとき、山のふもとを貫くトンネルができれば、誰もがずっと少ない力で素早く向こう側の村へ行けるようになります。

化学反応も、高い山を越える旅によく似ています。反応物の中にある原子や分子が衝突し合って新しい生成物に変わるには、必ず乗り越えなければならない最小限のエネルギーの峠が存在します。この越えにくいエネルギーの峠を、科学の世界では活性化エネルギーと呼びます。

触媒は、反応物の間にまさにこの「近道トンネル」を掘る役割を担っています。本来の高い峠の代わりに、エネルギーがはるかに少なくて済む新しい反応ルートを作ってくれるのです。そのおかげで、普段なら山を越えられなかった無数の分子がトンネルを通ってあっという間に反応を終え、生成物へと生まれ変わっていきます。

トンネルの入り口で人々を近道へと案内した道案内人は、人々が通り過ぎた後も消えてなくなったりはしません。トンネルの出口から抜け出し、次の人々を案内するために元の場所へと戻ってきます。触媒もまた、反応の途中で他の分子と一時的に結びついたり形を変えたりすることはあっても、反応が完全に終われば最初のそのままの姿に戻ります。

この性質のおかげで、触媒は反応物に比べてごくわずかな量を入れるだけで十分役に立ちます。一度反応を手助けした触媒の粒子は消えることなく、すぐに次の分子の反応を助けるために絶え間なく再投入されるからです。すり減ってなくならないため、エンドレスに再利用されているようなものです。

ただし、触媒の活性部位に不純物が付着して道を塞いでしまうと、触媒は本来の働きができなくなってしまいます。これを「触媒毒（しょくばいどく）」と呼び、実際の産業現場や自動車の浄化装置では、触媒が汚染されないよう管理することが非常に重要視されています。

もう少し正確に言うと、触媒は反応が起きるスピードを速めるだけで、最終的に得られる生成物の最大量や平衡状態そのものを変えることはできません。また、自然界の法則上起こり得ない反応を無理やり起こす魔法の物質でもありません。あくまで起こるはずの反応のスピードを爆発的に引き上げるサポーターなのです。

私たちの体の中でも、無数の触媒が一秒も休まずに働いています。私たちが食べ物を食べて栄養として消化できるのも、唾液や胃液、膵液などの消化液に含まれる「酵素」という生体触媒のおかげです。もし体内に酵素がなければ、食べ物が分解されるまでに気の遠くなるような時間がかかり、生命を維持することはできないでしょう。

工場などの産業界でも、触媒は欠かせない万能の鍵です。人類を飢餓から救った化学肥料のアンモニア合成から、一酸化炭素や窒素酸化物といった有害な排気ガスを害の少ない気体へと変える自動車の触媒コンバーターに至るまで、触媒は至る所で活躍しています。化学製品のおよそ90%が、製造プロセスのどこかで触媒を経由していると言われています。