催化的原理

在催化反应过程中，至少必须有一种反应物分子与催化剂发生了某种形式的化学作用。由于催化剂的介入，化学反应改变了进行途径，而新的反应途径需要的活化能较低，这就是催化得以提高化学反应速率的原因。例如，化学反应A+B─→AB,所需活化能为E，在催化剂C参与下，反应按以下两步进行：

A+C─→AC，所需活化能为E1。

AC+B─→AB+C，所需活化能为E2。

E1、E2都小于E (见图)。催化剂C只是暂时介入了化学反应，反应结束后,催化剂C即行再生。

按阿伦尼乌斯方程k=Ae-E/RT(式中k为温度T时的反应速度常数；A为指前因子，也称为阿伦尼乌斯常数，单位与k相同;R为气体常数，kJ/mol·K；T为热力学温度，K；E为活化能，kJ/mol),以反应速率常数k表示的反应速率主要决定于反应活化能E,若催化使反应活化能降低ΔE,则反应速率即提高e-ΔE/RT倍。催化反应一般能降低活化能约41.82 kJ/mol，若反应在300K下进行,则反应速率可增加约1.7×10倍。 催化剂与反应物分子怎样发生化学作用，这与催化剂和反应物分子本身的性质有关。实验证明：有机化合物的酸催化反应一般是通过正碳离子机理进行的；碱催化反应则是由OH、RO、RCOO等阴离子起催化作用，例如：

CH3COOC2H5+OH→CH3COOH+C2H5O

C2H5O+H2O→C2H5OH+OH

过渡金属化合物催化剂在均相催化反应中的作用是络合催化作用；醇钠催化丁二烯聚合是通过自由基机理进行的，例如：

C4H6+NaR─→R·+C4H6Na·

C4H6Na·+nC4H6─→Na(C4H6)n+1 ①催化活性：催化剂参与了化学反应，降低了化学反应的活化能，大大加快了化学反应的速率。这说明催化剂具有催化活性。催化反应的速率是催化剂活性大小的衡量尺度。活性是评价催化剂好坏的最主要的指标。②选择性：一种催化剂只对某一类反应具有明显的加速作用，对其他反应则加速作用甚小，甚至没有加速作用。这一性能就是催化剂选择性。催化剂的选择性决定了催化作用的定向性。可通过选择不同的催化剂来控制或改变化学反应的方向。③寿命或稳定性：催化剂的稳定性以寿命表示。它包括热稳定性、机械稳定性和抗毒稳定性。

助催化剂本身不具有催化活性，但加入后（加入量一般低于催化剂量的10%）可显著提高催化剂的活性、选择性和稳定性。一种工业催化剂往往要加入几种助催化剂，才能使催化剂的活性、选择性和寿命都达到预定要求。例如，合成氨用的双促进催化剂铁-三氧化二铝-氧化钾中的三氧化二铝和氧化钾就是助催化剂。

抑制剂催化剂中含有的能降低催化剂活性的物质。在多数场合，它是在催化剂制备过程中由原料不可避免地带入的。在催化反应过程中，由反应物带入的抑制剂则称催化毒物。

催化剂载体用来负载催化剂的固体物质。把催化剂成分分散负载在载体上制成的催化剂称负载型催化剂。常用的催化剂载体有活性碳、硅藻土、活性氧化铝、硅胶和分子筛。对载体的要求是机械强度高、热稳定性和化学稳定性好。载体虽不具有催化活性，但它可能与催化剂发生化学作用，载体也改变了催化剂的表面性能，因而选用合适的载体，也可以提高催化剂的活性、选择性和寿命。

鹏仔微信 15129739599 鹏仔QQ344225443 鹏仔前端 pjxi.com 共享博客 sharedbk.com