我們都知道,生物體利用酶加速體內的化學反應,如果缺少酶,生物體內的許多化學反應就會進行緩慢。酶屬于生物催化劑,是由植物、動物和微生物產生的具有催化能力的有機物。酶在生理學、醫學、農業等領域都有重大的意義。

那么,化學領域是如何定義催化劑的?在化學反應里能改變反應物化學反應速率(提高或降低)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。催化劑對化學反應速率的影響非常大,一些催化劑可以使化學反應速率加快至幾百萬倍以上。在一個化學反應中,催化劑的作用是降低該反應發生所需要的活化能,本質上是將一個難以發生的反應轉變成兩個比較容易發生的化學反應。在這兩個反應中,第一個反應中催化劑參與反應作反應物,第二個反應中又生成了催化劑,所以從總的反應方程式上看,催化劑在反應前后未有任何變化。例如,雙氧水分解過程中使用氯化鐵溶液作為反應的催化劑,過程如下:

催化劑和反應體系的關系就像鎖與鑰匙的關系一樣,具有高度的選擇性(或專一性)。一種催化劑并非對所有的化學反應都具有催化作用,例如二氧化錳在雙氧水分解中起催化作用,可以加快化學反應速率,但對其它的化學反應不一定會產生催化作用。某些化學反應也并非只有唯一的催化劑,例如雙氧水分解中能起催化作用的有二氧化錳、氯化鐵、硫酸銅等。選用不同的催化劑會影響反應產物,例如,乙醇在銅做催化劑的條件下生成乙醛和氫氣,但是在氧化鋁做催化劑的條件下生成乙烯和水。

酶是生物催化劑。酶的催化作用同樣具有選擇性。例如,淀粉酶催化淀粉水解為麥芽糖,麥芽糖在腸液中麥芽糖酶的催化下,水解為人體可吸收的葡萄糖。

催化劑一部分是單一化合物,還有一部分是混合物。催化劑種類繁多,按催化效果可分為正催化劑和負催化劑;按狀態可分為液體催化劑和固體催化劑;按照反應類型又分為聚合、酯化、加氫、氧化等催化劑;按照作用大小還分為主催化劑和助催化劑。

催化劑在使用時,往往會因接觸少量的雜質而使活性明顯下降甚至被破壞,這種現象稱為催化劑中毒。催化劑中毒分為暫時性中毒和永久性中毒兩種。例如,對于合成氨反應中的鐵催化劑,O2、CO、CO2等都能使催化劑中毒,但利用純凈的氫氣、氮氣混合氣體通過中毒的催化劑時,催化劑的活性能夠恢復,因此這種中毒是暫時性中毒。相反,含某些元素的化合物則可能使催化劑永久性中毒,中毒后,會完全失去活性,催化劑的活性就很難恢復。催化劑中毒會嚴重影響生產,工業上為防止催化劑中毒,需要將反應物原料加以凈化,除去“毒物”,這樣就需要增加設備,提高成本。因此,研制具有較強抗毒能力的催化劑,是一個非常重要的課題。

催化劑是現代化學中關鍵而神奇的物質之一,在現代化學工業中占有極其重要的地位,大多數的化工生產過程中均采用催化劑,以加快反應速率,提高生產效率。

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神奇的催化劑

圖文簡介

生物體利用酶加速體內的化學反應,如果缺少酶,生物體內的許多化學反應就會進行緩慢。酶屬于生物催化劑,是由植物、動物和微生物產生的具有催化能力的有機物。