催化剂跟反应物同一相的反应

催化剂跟反应物同一相的反应

出妹

“催化剂”的另一个名称是改变某些化学过程的速率以达到预期的结果。

定义：根据IUPAC在1981年提出的定义，催化剂是一种能加速反应速率而不改变反应标准吉布斯自由焓变的物质。这种作用称为催化。涉及催化剂的反应称为催化反应。

催化剂（）会引起化学反应的变化，导致反应发生得更快或在更低的温度下进行。

我们从玻尔兹曼分布（ ）和能量关系图（ ）可以看出，催化剂可以使化学反应物在不改变活化能（ ）的情况下，通过一条需要较少活化能（ ）的路径进行反应。通常，在这种能量下，分子要么无法完成化学反应，要么需要很长时间才能完成化学反应。但在催化剂的存在下，分子只需要较少的能量就能完成化学反应。

催化剂分为均相催化剂和非均相催化剂。非均相催化剂出现在不同相的反应中（例如，液体混合反应中的固体催化剂），而均相催化剂出现在同一相的反应中（例如，液体混合反应中的液体催化剂）。简单的非均相催化反应是反应物（或底物）吸附在催化剂表面。反应物中的键非常脆弱，导致新键的形成，但产物与催化剂之间的键不牢固，导致产物的出现。目前，已知吸附反应的许多不同的可能结构位置。

仅凭其存在就能加速或减慢化学反应，而不改变其组成和质量的物质称为催化剂。当催化剂和反应物处于同一均匀的气相或液相中时，称为单相催化；当催化剂和反应物处于不同的相中时，称为多相催化。

使化学反应加速的催化剂叫正催化剂；使化学反应减慢的催化剂叫负催化剂。例如，无机酸常用作酯类、多糖类水解的正催化剂；五氧化二钒常用作二氧化硫氧化为三氧化硫的正催化剂。这种催化剂是固体，反应物是气体，形成多相催化作用。所以五氧化二钒又叫催化剂或接触剂；在食用油脂中加入0.01%～0.02%的没食子酸正丙酯，能有效防止酸败。在这里，没食子酸正丙酯就是一种负催化剂（也叫缓凝剂或抑制剂）。

目前，催化剂的作用还未被完全认识。多数情况下认为，催化剂本身与反应物一起参与化学反应，降低了反应所需的活化能。有些催化反应是由于生成了易分解的“中间体”，分解后，催化剂恢复原来的化学组成，原来的反应物变成产物。有些催化反应是由于吸附，只能在催化剂表面最活跃的区域（称为活性中心）进行，活性中心面积越大或越多，催化剂的活性越强。如果反应物中有杂质，催化剂的活性就可能减弱或丧失，这种现象称为催化剂中毒。

催化剂对化学反应速率影响巨大，有些催化剂可以使化学反应速度加快数百万倍。催化剂一般具有选择性，只能加速某一种反应或某一种类型的反应。例如，甲酸在加热时分解，一半脱水，一半脱氢：

碳酸氢钠=H2O+CO

碳酸氢钠=H2+CO2

若以固体Al2O3为催化剂，则只发生脱水反应；若以固体ZnO为催化剂，则只发生脱氢反应。这一现象说明不同性质的催化剂只能加速特定类型的化学反应。因此，我们可以利用催化剂的选择性，使化学反应主要朝某个方向进行。

在催化反应中，人们经常在催化剂之外加入另一种物质来增强催化剂的催化效果，这种物质就叫助催化剂。助催化剂在化学工业中极其重要，例如在合成氨的铁催化剂中加入少量的铝和钾的氧化物作为助催化剂，可以大大增强催化剂的催化效果。

催化剂在现代化学工业中发挥着极其重要的作用，目前几乎一半的化工产品在生产过程中都需要使用催化剂，例如合成氨的生产需要用到铁催化剂，硫酸的生产需要用到钒催化剂，乙烯的聚合、丁二烯生产橡胶等三大合成原料的生产都需要用到不同的催化剂。

酶是由植物、动物和微生物产生的具有催化能力的蛋白质，以前称为酶。生物体几乎所有的化学反应都是在酶的催化作用下进行的。酶的催化作用也是有选择性的。例如淀粉酶催化淀粉水解为糊精和麦芽糖，蛋白酶催化蛋白质水解为多肽。酶在生理、医学、农业、工业等方面都有着重要的意义。目前，酶制剂的应用越来越广泛。