催化劑為什么能起催化作用?原理是什么?
作者:訪客發布時間:2021-08-05分類:催化劑及助劑瀏覽:108
一、在化學反應里能改變反應物化學反應速率(既能提高也能降低)而不改變化學平衡,且本身的質量和化學性質在化學反應前后都沒有發生改變的物質叫催化劑(固體催化劑也叫觸媒)。二、催化作用的原理:1、由于催化劑的介入而加速或減緩化學反應速率的現象稱為催化作用。在催化反應中,催化劑與反應物發生化學作用,改變了反應途徑,從而降低了反應的活化能,這是催化劑得以提高反應速率的原因。如化學反應A+B→AB,所需活化能為E,加入催化劑C后,反應分兩步進行,所需活化能分別為F,G,其中F,G均小于E。2、A+C→AC-------AC+B→AB+C,這兩步的活化能都比E值小得多。根據阿倫尼烏斯公式k=Ae-E/RT,由于催化劑參與反應使E值減小,從而使反應速率顯著提高。也有某些反應,催化劑參與反應后,活化能E值改變不大,但指前因子A值明顯增大(或解釋為活化熵增大),也導致反應速率加快。三、催化作用的類型:1、均相催化。催化劑與反應物均處于同一相中的催化作用,如均相酸堿催化、均相絡合催化等。均相催化大多在液相中進行。均相催化劑的活性中心比較均一,選擇性較高,副反應較少,但催化劑難以分離、回收和再生。2、多相催化。發生在兩相界面上的催化作用。通常催化劑為多孔固體,反應物為液體或氣體。在多相催化反應中,固體催化劑對反應物分子發生化學吸附作用,使反應物分子得到活化,降低了反應的活化能,而使反應速率加快。固體催化劑表面是不均勻的,只有部分點對反應物分子發生化學吸附,稱為活性中心。工業生產中的催化作用大多屬于多相催化。3、生物催化。生物體內在酶作用下進行的催化反應。酶的催化作用具有高選擇性、高催化活性、反應條件溫和等特點,但受溫度、溶液中的pH值、離子強度等因素影響較大。4、自動催化。反應產物的自我催化作用。在一些反應中,某些反應的產物或中間體具有催化功能,使反應經過一段誘導期后速率大大加快。自催化作用是發生化學振蕩的必要條件之一。5、其他還有電催化、光助催化、光電催化等。
定義:根據IUPAC于1981年提出的定義,催化劑是一種物質,它能夠改變反應的速率而不改變該反應的標準Gibbs自由焓變化.這種作用稱為催化作用.涉及催化劑的反應為催化反應.催化劑(catalyst)會誘導化學反應發生改變,而使化學反應變快或減慢或者在較低的溫度環境下進行化學反應.催化劑在工業上也稱為觸媒.初中書上定義:在化學反應里能改變其他物質的化學反應速率,而本身的質量和化學性質在反應前后都沒有發生變化的物質叫做催化劑,又叫觸媒.催化劑在化學反應中所起的作用叫催化作用.我們可在波茲曼分布(Boltzmann distribution)與能量關系圖(energy profile diagram)中觀察到,催化劑可使化學反應物在不改變的情形下,經由只需較少活化能(activation energy)的路徑來進行化學反應.而通常在這種能量下,分子不是無法完成化學反應,不然就是需要較長時間來完成化學反應.但在有催化劑的環境下,分子只需較少的能量即可完成化學反應.催化劑有三種類型,它們是:均相催化劑、多相催化劑和生物催化劑.均相催化劑和它們催化的反應物處于同一種物態(固態、液態、或者氣態).例如:如果反應物是氣體,那么催化劑也會是一種氣體.笑氣(四氧化二氮)是一種惰性氣體,被用來作為麻醉劑.然而,當它與氯氣和日光發生反應時,就會分解成氮氣和氧氣.這時,氯氣就是一種均相催化劑,它把本來很穩定的笑氣分解成了組成元素.多相催化劑和它們催化的反應物處于不同的狀態.例如:在生產人造黃油時,通過固態鎳(催化劑),能夠把不飽和的植物油和氫氣轉變成飽和的脂肪.固態鎳是一種多相催化劑,被它催化的反應物則是液態(植物油)和氣態(氫氣).酶是生物催化劑.活的生物體利用它們來加速體內的化學反應.如果沒有酶,生物體內的許多化學反應就會進行得很慢,難以維持生命.大約在37℃的溫度中(人體的溫度),酶的工作狀態是最佳的.如果溫度高于50℃或60℃,酶就會被破壞掉而不能再發生作用.因此,利用酶來分解衣物上的污漬的生物洗滌劑,在低溫下使用最有效.催化劑分均相催化劑與非均相催化劑.非均相催化劑呈現在不同相(Phase)的反應中(例如:固態催化劑在液態混合反應),而均相催化劑則是呈現在同一相的反應(例如:液態催化劑在液態混合反應).一個簡易的非均相催化反應包含了反應物(或zh-ch:底物;zh-tw:受質)吸附在催化劑的表面,反應物內的鍵因十分的脆弱而導致新的鍵產生,但又因產物與催化劑間的鍵并不牢固,而使產物出現.目前已知許多表反應發生吸附反應的不同可能性的結構位置.僅僅由于本身的存在就能加快或減慢化學反應速率,而本身的組成和質量并不改變的物質就叫催化劑.催化劑跟反應物同處于均勻的氣相或液相時,叫做單相催化作用;催化劑跟反應物屬不同相時,叫做多相催化作用.人們利用催化劑,可以提高化學反應的速度,這被稱為催化反應.大多數催化劑都只能加速某一種化學反應,或者某一類化學反應,而不能被用來加速所有的化學反應.催化劑并不會在化學反應中被消耗掉.不管是反應前還是反應后,它們都能夠從反應物中被分離出來.不過,它們有可能會在反應的某一個階段中被消耗,然后在整個反應結束之前又重新產生.使化學反應加快的催化劑,叫做正催化劑;使化學反應減慢的催化劑,叫做負催化劑.例如,酯和多糖的水解,常用無機酸作正催化劑;二氧化硫氧化為三氧化硫,常用五氧化二釩作正催化劑,這種催化劑是固體,反應物為氣體,形成多相的催化作用,因此,五氧化二釩也叫做觸媒或接觸劑;食用油脂里加入0.01%~0.02%沒食子酸正丙
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