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1. 촉매의 정의

촉매는 화학 반응의 속도를 증가시키는 물질로서, 반응에 참여하되 최종 생성물에는 소모되지 않는 특성을 가진다. 즉, 촉매는 반응을 더 빠르게 진행시키거나 낮은 온도 또는 압력에서도 반응이 일어나도록 도와주는 역할을 한다. 촉매는 반응경로를 변화시킴으로써 활성화 에너지를 낮춰주는데, 이를 통해 반응의 활성화 에너지 차이로 인해 반응 속도가 현저히 향상된다. 예를 들어, 암모니아 합성반응인 하버-보시 공정에서는 철촉매를 이용하여 생산량을 기존보다 3배 이상 높였으며, 이 공정을 통해 연간 전 세계 암모니아 생산량의 약 80%가 촉매를 이용한 공정으로 이루어진다. 촉매는 지속적으로 반응에 재참여할 수 있기 때문에 촉매를 사용한 반응은 일반적으로 경제적 효과가 크다. 이러한 촉매의 대표적인 예로 옥시다이제이션 반응에서 사용되는 백금 촉매나 수소화 반응에서 활용되는 니켈 촉매가 있으며, 이들은 산업 전반에 걸쳐 핵심 역할을 담당한다. 촉매는 생물학적 시스템에서도 존재하는데, 효소라는 생체 촉매가 대표적이다. 촉매의 종류에는 금속 촉매, 비금속 촉매, 유기 촉매 등이 있으며, 각각의 특성과 적용 범위는 매우 다양…