催化劑

催化劑

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中文學名：催化劑 外文名稱：Catalyst 時 間：1981年 解 釋： 改變反應物的化學反應速率

催化劑(英語: catalyst )，在化學反應中引起的作用叫催化作用。固體催化劑在工業上也稱為觸媒。

催化劑自身的組成、化學性質和質量在反應前後不發生變化;它和反應體系的關係就像鎖與鑰匙的關係一樣，具有高度的選擇性(或專一性)。一種催化劑並非對所有的化學反應都有催化作用，例如二氧化錳在氯酸鉀受熱分解中起催化作用，加快化學反應速率，但對其他的化學反應就不一定有催化作用。某些化學反應並非只有唯一的催化劑，例如氯酸鉀受熱分解中能起催化作用的還有氧化鎂、氧化鐵和氧化銅等等，氯酸鉀製取氧氣時還可用紅磚粉或氧化銅等做催化劑。

也有一種說法，催化劑參與化學反應。在一個總的化學反應中，催化劑的作用是降低該反應發生所需要的活化能，本質上是把一個比較難發生的反應變成了兩個很容易發生的化學反應(與之相反的稱為抑制劑)。在這兩個反應中，第一個反應中催化劑扮演反應物的角色，第二個反應中催化劑扮演生成物的角色，所以說從總的反應方程式上來看，催化劑在反應前後沒有變化。例如:

CFC(Chlorofluorocarbon，或寫作CFCs，氟氯烴)類物質破壞臭氧，其實就是它先於臭氧反應生成一個原子氧和一個複雜的化合物，然後另外一個臭氧分子和那個化合物反應生成一個原子氧和CFC，然後2個原子氧反應變成一個氧氣分子。

所以CFC在總反應前後沒有變化，在總反應中，我們可以認為CFC充當催化劑使臭氧分子變成氧氣分子，但其實CFC參與了化學反應。

KClO3制氧氣加入MnO2，可發生下列反應:

2KClO3+2MnO2=加熱2KMnO4+Cl2↑+O2↑,2KMnO4=加熱K2MnO4+MnO2+O2↑,K2MnO4+Cl2=加熱2KCl+MnO2+O2↑

催化劑原先因發生化學反應而生成的物質會在之後進一步的反應中重新生成原有催化劑，即上面提到的反應中MnO2的質量和化學性質在反應前後都沒有發生變化。

一般來說，催化劑是指參與化學反應中間歷程的，又能選擇性地改變化學反應速率，而其本身的數量和化學性質在反應前後基本保持不變的物質。通常把催化劑加速化學反應，使反應儘快達到化學平衡的作用叫做催化作用，但並不改變反應的平衡。

目錄

主要分類

催化劑種類繁多，按狀態可分為液體催化劑和固體催化劑;按反應體系的相態分為均相催化劑和多相催化劑，均相催化劑有酸、鹼、可溶性過渡金屬化合物和過氧化物催化劑。多相催化劑有固體酸催化劑、有機鹼催化劑、金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、絡合物催化劑、稀土催化劑、分子篩催化劑、生物催化劑、納米催化劑等;按照反應類型又分為聚合、縮聚、酯化、縮醛化、加氫、脫氫、氧化、還原、烷基化、異構化等催化劑;按照作用大小還分為主催化劑和助催化劑。

均相催化

催化劑和反應物同處於一相，沒有相界存在而進行的反應，稱為均相催化作用，能起均相催化作用的催化劑為均相催化劑。均相催化劑包括液體酸、鹼催化劑和色可賽思固體酸和鹼性催化劑、可溶性過渡金屬化合物(鹽類和絡合物)等。均相催化劑以分子或離子獨立起作用，活性中心均一，具有高活性和高選擇性。

多相催化劑又稱非均相催化劑，用於不同相(Phase)的反應中，即和它們催化的反應物處於不同的狀態。例如:在生產人造黃油時，通過固態鎳(催化劑)，能夠把不飽和的植物油和氫氣轉變成飽和的脂肪。固態鎳是一種多相催化劑，被它催化的反應物則是液態(植物油)和氣態(氫氣)。一個簡易的非均相催化反應包含了反應物(或zh-ch:底物;zh-tw:受質)吸附在催化劑的表面，反應物內的鍵因斷裂而導致新鍵的產生，但又因產物與催化劑間的鍵並不牢固，而使產物脫離反應位等過程。現已知許多催化劑表面發生吸附、反應的不同的結構。

生物催化

酶是生物催化劑，是植物、動物和微生物產生的具有催化能力的有機物(絕大多數的蛋白質。但少量RNA也具有生物催化功能)，舊稱酵素。酶的催化作用同樣具有選擇性。例如，澱粉。酶催化澱粉水解為糊精和麥芽糖，蛋白酶催化蛋白質水解成肽等。活的生物體利用它們來加速體內的化學反應。如果沒有酶，生物體內的許多化學反應就會進行得很慢，難以維持生命。大約在37℃的溫度中(人體的溫度)，酶的工作狀態是最佳的。如果溫度高於50℃或60℃，酶就會被破壞掉而不能再發生作用。因此，利用酶來分解衣物上的污漬的生物洗滌劑，在低溫下使用最有效。酶在生理學、醫學、農業、工業等方面，都有重大意義。當前，酶製劑的應用日益廣泛。(例如:酶製劑在工業上可作催化劑使用，某些酶還是珍貴的藥物。)

實際用途

催化劑在化工生產中具有重要而廣泛的應用，生產化肥、農藥、多種化工原料等都要使用催化劑。

在化工生產、科學家實驗和生命活動中，催化劑都大顯身手。例如，硫酸生產中要用五氧化二釩作催化劑。由氮氣跟氫氣合成氨氣，要用以鐵為主的多組分催化劑，提高反應速率。在煉油廠，催化劑更是少不了，選用不同的催化劑，就可以得到不同品質的汽油、煤油。化工合成酸性和鹼性色可賽思催化劑。汽車尾氣中含有害的一氧化碳和一氧化氮，利用鉑等金屬作催化劑可以迅速將二者轉化為無害的二氧化碳和氮氣。酶是植物、動物和微生物產生的具有催化能力的蛋白質，生物體的化學反應幾乎都在酶的催化作用下進行，釀造業、製藥業等都要用催化劑催化。

我們可在波茲曼分布(Boltzmann distribution)與能量關係圖(energy profile diagram)中觀察到，催化劑可使化學反應物在不改變的情形下，經由只需較少活化能(activation energy)的路徑來進行化學反應。而通常在這種能量下，分子不是無法完成化學反應，就是需要較長時間來完成化學反應。但在有催化劑的環境下，分子只需較少的能量即可完成化學反應。

視頻

催化劑和催化作用

催化劑的發展和創新