什么是催化剂?催化剂的基本特征是什么?

催化剂是一种改变反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质。这种作用叫做催化,有催化剂参与的反应叫做催化反应。

催化剂本身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化;它与反应系统的关系,就像锁和钥匙的关系一样,是高度选择性的(或特定的)。不是所有的化学反应都是由一种催化剂催化的;有些化学反应不只有一种催化剂。

催化反应有四个基本特征,根据定义可以推导出来,这对理解催化剂的作用非常重要。

1,催化剂只能加速热力学可能的反应。当需要为化学反应开发一种新的催化剂时,应该对该反应进行热力学分析,看它是否是热力学上可行的反应。

2.催化剂只能加速反应达到平衡,而不能改变反应的平衡位置(平衡常数)。

3.催化剂对反应有选择性。当反应可能有多个不同方向时,催化剂只加速其中一个方向,反应速率和选择性是统一的。

4.催化剂的使用寿命。催化剂可以改变化学反应速率,它本身并不进入反应。在理想条件下,催化剂不会因反应而改变。但在实际反应过程中,催化剂会长时间受热发生化学作用,也会发生一些不可预知的物理化学变化。

根据催化剂的定义和特性分析,催化剂有三个重要指标:活性、选择性和稳定性。

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首先,催化剂的发现

这种催化剂是由瑞典化学家贝采里乌斯首先发现的。100多年前,有一个关于神奇的“神杯”的故事。一天,瑞典化学家贝泽留斯在化学实验室忙着做实验。晚上,他的妻子玛丽亚为朋友和亲戚准备了食物和酒来庆祝她的生日。

贝泽留斯沉浸在实验中,完全忘记了这件事。直到玛丽亚把他拉出实验室,他才恍然大悟,赶紧回家。一进屋,客人们纷纷举杯祝贺,他拿了一杯桃酒,没洗手就喝了。

当他倒满第二杯酒要喝时,他皱着眉头喊道:“玛丽亚,你为什么给我拿醋来!””玛丽亚和客人们都惊呆了。玛丽亚仔细看了看瓶子,倒出一杯来品尝。果然是真的是醇香的桃红葡萄酒!

Bezerius漫不经心地递过他倒的那杯酒。玛丽亚喝了一小口,差点吐出来。她还说:“甜酒怎么突然变成醋酸了?”嘉宾们相互靠近,观察和猜测这个“神杯”里发生的怪事。

Bezerius发现原来的玻璃里有少量的黑色粉末。他看了看自己的手,发现在实验室磨铂金的时候手上沾满了铂金黑。他兴奋地把那杯酸葡萄酒一饮而尽。

原来,把酒变成醋酸的魔力来自于铂粉,它能加速乙醇(酒精)与空气中的氧气发生化学反应,生成醋酸。后来,人们把这种作用称为催化作用或催化作用,在希腊语中是“解开”的意思。

1836年,他还在《物理化学年鉴》上发表了一篇论文,首次提出了化学反应中使用的“催化”和“催化剂”的概念。

二、催化剂分类

1,均相催化

催化剂和反应物处于同一相,没有相界的反应称为均相催化,能起到均相催化作用的催化剂为均相催化剂。

均相催化剂包括液体酸、碱催化剂、固体酸碱催化剂、可溶性过渡金属化合物(盐和络合物)等。均相催化剂独立地作为分子或离子起作用,具有均匀的活性中心,高活性和高选择性。、

2.多相催化

非均相催化剂,也称为非均相催化剂,用于不同相的反应中,即与所催化的反应物处于不同的状态。例如,在人造黄油的生产中,不饱和植物油和氢气可以通过固体镍(催化剂)转化为饱和脂肪。

固体镍是一种多相催化剂,它催化的反应物有液态(植物油)和气态(氢气)。简单的多相催化反应包含反应物(或zh-ch:底物;Zh-tw:受体)吸附在催化剂表面。

反应物中的键断裂,导致新键的形成,但产物与催化剂之间的键不牢固,使产物离开反应部位。目前,已知催化剂表面上的许多不同的吸附和反应结构。

3.生物催化

酶是生物催化剂,是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的有机物质(绝大部分是蛋白质。但少量RNA也有生物催化功能),原名酶。酶的催化作用也是选择性的。比如淀粉。

酶催化淀粉水解成糊精和麦芽糖,蛋白酶催化蛋白质水解成肽。生命体利用它们来加速体内的化学反应。如果没有酶,生物体内的许多化学反应会进行得非常缓慢,难以维持生命。

在37℃(人体体温)左右的温度下,酶的作用最好。如果温度高于50℃或60℃,酶就会被破坏,不能再发挥作用。

所以,利用酶分解衣服上污渍的生物洗涤剂,在低温下最有效。酶在生理学、医学、农业和工业上有重要意义。目前,酶制剂的应用日益广泛。

参考资料:

百度百科-催化剂