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催化剂

2021-02-26 12:10:57

催化剂又称触媒,是能透过提供另一活化能较低的反应途径而加快化学反应速率,而本身的质量、组成和化学性质在参加化学反应前后保持不变的物质。例如二氧化锰可以作为过氧化氢(双氧水)分解的催化剂。与催化剂相反,能减慢反应速率的物质称为抑制剂。过去曾用的“负催化剂”一词已不被国际纯粹与应用化学联合会所接受,而必须改用抑制剂一词,催化剂一词仅指能加快反应速率的物质。

催化剂与反应

催化剂与反应诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或者在较低的温度环境下进行化学反应。

催化剂加速反应过程一般具有两个途径,一个是增加反应物的活性中心,另一种是改变反应途径。

我们可在波兹曼分布(Boltzmann distribution)与能量关系图(energy profile diagram)中观察到,催化剂可使化学反应物在不改变的情形下,经由只需较少活化能(activation energy)的路径来进行化学反应。而通常在这种能量下,分子不是无法完成化学反应,不然就是需要较长时间来完成化学反应。但在有催化剂的环境下,分子只需较少的能量即可完成化学反应。

催化剂的种类

催化剂分均相催化剂与非均相催化剂。非均相催化剂呈现在不同相(Phase)的反应中(如:固态催化剂在液态混合反应和固态催化剂在气态混合反应等),而均相催化剂则是呈现在同一相的反应(例如:液态催化剂在液态混合反应)。一个简易的非均相催化反应包含了反应物(或底物)吸附在催化剂的表面,反应物内的键因十分的脆弱而导致新的键产生,但又因产物与催化剂间的键并不牢固,而使产物出现。目前已知许多表反应发生吸附反应的不同可能性的结构位置。一般生活中较常用非均相催化剂,利用不同状态的特性较好分离出产物与催化物(如汽机车排气管中的触媒)。 

负催化剂(抑制剂)

教科书(人教版)

负催化剂(抑制剂)按照IUPAC的标准而言应当独立于催化剂之外,但是根据全国科学技术名词审定委员会公布的《化学名词(第二版)》(2016),催化剂的定义为改变反应速率但不改变反应总吉布斯自由能的物质。我国教科书中使用的定义大多参照此来源。

初中教科书对催化剂给出了便于中学生理解的描述性的定义,而该定义则根据《化学名词(第二版)》将抑制剂包含于催化剂定义之中。

国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)

催化剂指一种提高反应速率而不改变总体标准反应中吉布斯能量变化的物质,而使用催化剂参与反应的过程称为催化。催化剂既是反应物又是反应产物。当添加的物质降低反应速率时,不应使用催化剂和催化一词(参见抑制剂)。

常见的催化反应

参阅

  • 化学主题
  • 催化
  • 相转移催化剂
  • 选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,SCR)

参考资料

资料专题:催化剂参考资料