催化劑載體和催化劑的工作原理
2021/12/8 16:33:00??????點擊：
催化劑載體，催化劑 ：在發(fā)現(xiàn)了催化劑的神奇作用后，科學(xué)家們就一直致力于對催化作用的原理進行研究。對催化作用實質(zhì)的認(rèn)識，不僅有助于人們完善催化理論，更重要的是在實踐中幫助人們尋找更高效率、更廉價、更易獲得或制得的催化劑，改進、改善許多化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程。
催化劑 催化反應(yīng)的原理，也就是關(guān)于催化劑是怎樣“工作”的，是一個比較復(fù)雜的問題，甚至有些疑問目前還沒有完全弄清楚，或者是科學(xué)家尚未達成共同的認(rèn)識。
當(dāng)然，這并不意味著催化反應(yīng)是不可認(rèn)識的。要討論催化劑的“工作原理”，我們還得先來初步認(rèn)識一下物質(zhì)的構(gòu)成和物質(zhì)的化學(xué)變化。
科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，世界上的物質(zhì)都是由極其微小的微粒——原子、分子、離子等構(gòu)成的。催化劑載體催化劑 正是這些微粒構(gòu)成了我們這個物質(zhì)世界。構(gòu)成物質(zhì)世界的微粒是在不停運動著的，即使是外表看起來靜止的東西，如平穩(wěn)放置在桌面上的一杯水，其構(gòu)成微?！肿?，也是在不停運動著的。英國科學(xué)家布朗曾做過一個著名的布朗運動實驗，實驗中觀察到：懸浮在水面上的花粉等小顆粒在不停地做著無規(guī)律的運動，人們把它稱為布朗運動，它直觀地說明水分子在不停地做著無規(guī)律的運動。
科學(xué)家們經(jīng)過長期的研究發(fā)現(xiàn)，各種不同的化學(xué)反應(yīng)的速度是不相同的。有些化學(xué)反應(yīng)的速度很快，在一瞬間就能完成，例如炸藥的爆炸：炸藥在點燃瞬間急速燃燒，在極短的時間內(nèi)，相對封閉的空間里產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致了爆炸的發(fā)生。爆炸反應(yīng)的速度是相當(dāng)快的。而有些化學(xué)反應(yīng)速度卻很慢，如前面講的合成氨反應(yīng)，即使在高溫高壓下，這一反應(yīng)也是進行得極其緩慢的。那么，究竟是什么導(dǎo)致了化學(xué)反應(yīng)速度的差異呢？
在徹底弄清這個問題之前，你還得耐心聽我講一個故事，這是一個現(xiàn)代版的“愚公移山”的故事。
有一個偏僻的村莊，住著幾百戶人家。村莊被崇山峻嶺所包圍，只有一條山路可以通往村外。由于走這條山路要翻過一座極高的山峰，因此一直以來，村子里只有那些年富力強、身體素質(zhì)很好的年輕人才能出村去。一天，村子里一個名為“愚公”（很巧，他也叫愚公）的老人說：“村子里的老人、小孩都無法翻過那座山峰，這樣下去可不行，我得想辦法讓更多的人能出村去。” 愚公的鄰居聽說了，跑來勸他：“你別傻了，你難道還想像那個‘愚公’一樣把山挖平嗎？這太不現(xiàn)實了！” “愚公”笑笑，回答道：“與其在這里灰心喪氣地發(fā)牢騷，還不如切切實實地想些辦法。挖山顯然不行，不過，我相信挖一條山路總是可以的?！?于是，愚公帶領(lǐng)著家人，在村子西頭一座相對較低的山上開挖山路。工夫不負(fù)有心人，幾個月后，山路終于開挖完成。從此，村里的村民不必再翻越那座對多數(shù)人而言高不可及的山峰，而只需順山路走過那座較低的山就能出村，而由此，更多的體力不那么好的村民也能得以出村。鑒于他為村民們作出的偉大功績，“愚公”被大家稱為“當(dāng)代愚公”。
這個“當(dāng)代愚公”的辦法，與催化劑為什么能夠加快化學(xué)反應(yīng)速度的原理其實是類似的。
科學(xué)家們認(rèn)為，化學(xué)反應(yīng)得以進行的先決條件是反應(yīng)物分子間必須發(fā)生碰撞。不過，并不是反應(yīng)物分子間的每一次碰撞都會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，事實上，一般情況下只有少數(shù)的碰撞會導(dǎo)致反應(yīng)的發(fā)生，而更多數(shù)的碰撞并不發(fā)生反應(yīng)，是無效的?？茖W(xué)家們把能發(fā)生反應(yīng)的碰撞稱之為有效碰撞。能發(fā)生有效碰撞的分子的能量要比一般分子的能量高。這些能量較高的、碰撞時能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的分子稱為活化分子，就好比那些原先就能翻越高山而出村的年輕人?？茖W(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，在一定溫度下，活化分子百分?jǐn)?shù)越大（即所有分子中活化分子所占的比例越大），化學(xué)反應(yīng)的速度就越大，化學(xué)反應(yīng)就進行得快。反之，活化分子百分?jǐn)?shù)越小（即所有分子中活化分子所占的比例越?。瘜W(xué)反應(yīng)的速度就越小，化學(xué)反應(yīng)就進行得慢。
活化分子的能量高于非活化分子，科學(xué)家們把活化分子的平均能量與所有分子的平均能量的差值，稱為活化能。由此我們可以想見，在一定溫度下，如果一個化學(xué)反應(yīng)的活化能越大，則意味著活化分子百分?jǐn)?shù)就越?。ㄔO(shè)想，如果山越高的話，那么翻越過這座山所需花費的精力和體力就越大，很顯然，能翻越過山的人就越少），其結(jié)果是這個化學(xué)反應(yīng)的速度就越小。反之亦然。
要加快化學(xué)反應(yīng)速度，很顯然必須要增大活化分子百分?jǐn)?shù)，最常用的辦法之一是升高溫度。溫度升高后，分子具有的平均能量增大了（溫度越高微粒運動速度越快），使得更多的分子能越過“分界線”而成為“活化分子”，于是活化分子百分?jǐn)?shù)增大了。這就是為什么升高溫度能增大化學(xué)反應(yīng)速度的原因。（這就相當(dāng)于給村民進行身體素質(zhì)訓(xùn)練，使得村民們具有更充沛的體能，于是更多的村民能越過高山）
要增大活化分子百分?jǐn)?shù)，除了升高溫度以外，還有其他辦法嗎？你不必絞盡腦汁，因為“愚公”已經(jīng)找到了解決辦法。在一個化學(xué)反應(yīng)中，使用了催化劑后，能有效地降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，從而增大活化分子百分?jǐn)?shù)，顯著地加快了化學(xué)反應(yīng)的速度。（這就相當(dāng)于愚公的“另辟蹊徑”，開掘了一條從較低山上通過的山路，于是更多體能較差的人也能翻越而過）
所以，我們不難發(fā)現(xiàn)，催化劑使化學(xué)反應(yīng)速度加快的根本原因是催化劑能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，增大活化分子百分?jǐn)?shù)，最終實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)速度的增大。
其實，類似的例子在我們生活中比比皆是。在一次期中考試中，班級里大部分同學(xué)都不及格，只有少數(shù)平時學(xué)習(xí)成績優(yōu)異的學(xué)生才考及格。那么，在期末考試時，要想讓更多的同學(xué)能夠考及格（類似于增大活化分子百分?jǐn)?shù)），一個辦法是通過大量補習(xí)和復(fù)習(xí)，使學(xué)生們對知識掌握的水平能夠提高（類似于升高溫度），從而更多的人能順利通過考試；另一個辦法則更簡單，只要期末考試試卷出得簡單些就行了（類似于使用催化劑后降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能），這樣也能保證更多的學(xué)生能考及格。你看，催化反應(yīng)并不神秘，其實，很多科學(xué)現(xiàn)象所蘊涵的科學(xué)道理和知識，是和我們生活中的許多經(jīng)驗和常識相通的。
你看，關(guān)于催化作用原理的問題，就這樣被“破解”了。其實，催化作用的原理，是由許多科學(xué)家經(jīng)過異常艱苦的研究，在總結(jié)大量事實經(jīng)驗的基礎(chǔ)上形成的。得益于前人的工作，我們今天能深入地理解催化原理；而關(guān)于催化原理中一些尚未研究透徹的問題，還有賴于科學(xué)家們更深入的研究。
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