안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
화학 반응이 일어나려면 반응물 분자들이 서로 충돌하여 기존의 화학 결합을 깨뜨리고 새로운 결합을 형성해야 하는데, 이때 분자들이 최소한으로 가지고 있어야 하는 전제 에너지를 활성화 에너지라고 합니다. 정촉매가 반응 속도를 극적으로 높이는 원리는 이 활성화 에너지를 낮추어 새로운 반응 경로를 제공하기 때문입니다. 화학 반응이 일어나려면 반응물 분자들이 충돌하여 기존 결합을 깨뜨릴 수 있을 만큼 높은 에너지를 가져야 합니다. 정촉매는 반응 중간체를 형성하거나 반응물의 결합을 약화해 에너지가 적게 드는 새로운 길을 열어줍니다. 그 결과 활성화 에너지 이상의 에너지를 가진 분자의 수가 폭발적으로 늘어나 반응 속도가 비약적으로 빨라집니다.
이때 촉매는 자신은 소모되지 않으며 전체 반응 열량에는 영향을 주지 않고, 오직 반응에 필요한 에너지 장벽만을 낮추는 역할을 합니다.
문제의 예시에서 자동차 배기가스 저감 장치는 기체 상태의 배기가스가 백금, 팔라듐, 로듐 같은 금속 촉매 표면에 흡착되고, 금속 표면에 붙은 유해 물질은 분자 내 결합력이 약해집니다. 이로 인해 유독한 일산화탄소와 질소산화물이 순식간에 무해한 이산화탄소와 질소 기체로 배출됩니다.