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催化作用的化学本质

发布时间:2018-3-6 20:46:58   点击数:

德国哲学家黑格尔曾说“熟知非真知”,意思就是我们身边熟悉的事物恰恰是我们所不了解的,即使在严谨的科学研究中也是俯拾皆是,笔者认为大多数带有“效应”的科学名词(同离子效应、协同效应、尺寸效应......)基本上停留在描述性阶段;只知道结果,不知本质原因。对于催化研究者而言,催化这一名词早已习以为常;然而我们真正理解催化吗?如催化的本质作用是什么?至今催化的本质作用远远没有研究清楚,也就是均相催化、多相催化和酶催化还达不到理论的统一,催化的化学本质作用也是处于描述性阶段,但对于进一步认识催化是大有裨益的。

为了有效地研究催化剂在催化反应中的催化作用原理,有必要对那些没有催化剂的化学反应作一个总结,然后进行对比,这样对于了解催化剂在反应中的作用非常重要。通过总结发现下列反应类型可在没有催化剂时迅速进行:

(1)纯粹离子间的反应:

Ag++Cl-=AgCl,H++OH-=H2O

(2)与自由基有关的反应:

2Cl?+CH4=CH3Cl+HCl,3CH3+Sb=Sb(CH3)

(3)极性大或配位性强的物质间的反应:

NH3(g)+H2O(l)=NH3?H2O,Fe3++6H2O=[Fe(H2O)6]3+

(4)提供充分能量的高温反应:

M+1/2O2=MO,TiO2+CaO=CaTiO3

对于化学反应的进行,反应物之间就需进行原子间重新组合,这就要求原有的某些化学键必须解离,并形成新的化学键。上述四类反应中组成体系的物质是离子、自由基、极性或配位性强的物质具有较小活化能,所以不需催化剂反应也能进行,但是对于含稳定化合物的体系,它们一般是共价键,要发生离解需克服较高活化能,因此不易反应,若在这些体系中加入第三物质(催化剂),在它作用(诱导)下反应物的某些原子就会发生离子化、自由基化或配位化,从而使反应较容易进行(导致反应历程的变化),以上即催化剂在化学反应中的作用本质。

下面举几个例子,来说明这个观点:

(1)乙烯加氢若无催化剂,反应需较高能量,而加入Ni和Pd后,反应非常容易进行;

(2)

NH3较稳定,只有离子化后才容易反应,如何离子化?它在催化剂作用下变为=NH,活化后的=NH易于和烯丙基进行下一步反应了:

参考目录:吴越著《催化化学》,韩维屏著《催化化学导论》,王桂茹著《催化剂与催化作用》。









































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