催化剂

摘要:
催化剂又称触媒,在初中阶段的定义是能改变化学反应速率,而本身的质量、组成和化学性质在参加化学反应前后保持不变的物质。催化剂分为和正催化剂逆催化剂,正催化剂有助于反应向正方向移动,逆催化剂有助于反应向逆方向移动。
基本定义
  根据国际纯粹化学与应用化学联合会(IUPAC)1981年的定义:催化剂是一种改变反应速率但不改变反应总标准游戏推广系统吉布斯自由能的物质。
  催化剂在化学反应中引起的作用叫催化作用。催化剂在工业上也称为触媒
催化剂自身的组成、化学性质质量在反应前后不发生变化;它和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样,具有高度的选择性(或专一性)。一种催化剂并非对所有的化学反应都有催化作用,例如二氧化锰氯酸钾受热分解中起催化作用,加快化学反应速率盖革计数管,但对其他的
化学反应就不一定有催化作用。某些化学反应并非只有唯一的催化剂,例如氯酸钾受热分解中能起催化作用的还有氧化镁氧化铁氧化铜pc104总线等等。而且一个化学反应并不只有一种催化剂,例如氯酸钾制取氧气时还可用红砖粉或氧化铜等做催化剂。
发现
  催化剂最早由瑞典化学家贝采里乌斯发现。一百多年前,有个魔术“神杯”的故事。  贝采里乌斯
有一天,瑞典化学家贝采里乌斯在化学实验室忙碌地进行着实验,傍晚,他的妻子玛利亚准备了酒菜宴请亲友,祝贺她的生日。贝采里乌斯沉浸在实验中,把这件事全忘了,直到玛丽亚把他从实验室拉出来,他才恍然大悟,匆忙地赶回家。一进屋,客人们纷纷举杯向他祝贺,他顾不上洗手就接过一杯蜜桃酒一饮而尽。当他自己斟满第二杯酒干杯时,却皱起眉头喊道:“玛利亚,你怎么把醋拿给我喝!”玛利亚和客人都愣住了。玛丽亚仔细瞧着那瓶子,还倒出一杯来品尝,一点儿都没错,确实是香醇的蜜桃酒啊!贝采里乌斯随手把自己倒的那杯酒递过去,玛丽亚喝了一口,几乎全吐了出来,也说:“甜酒怎么一下子变成醋酸啦?”客人们纷纷凑近来,观察着,猜测着这“神杯”发生的怪事。   贝采里乌斯发现,
原来酒杯里有少量黑粉末。他瞧瞧自己的手,发现手上沾满了在实验室研磨白金时给沾上的铂黑。他兴奋地把那杯酸酒一饮而尽。原来,把酒变成醋酸的魔力是来源于白金粉末,是它加快了乙醇(酒精)和空气中的氧气发生化学反应,生成丁醋酸。后来,人们把这一作用叫做触媒作用或催化作用,希腊语的意思是“解去束缚”。   1836年,他还在《物理学与化学年鉴》杂志上发表了一篇论文,首次提出化学反应中使用的“催化”与“催化剂”概念。
催化剂的发展过程
  第一个催化剂生产车间是永利铔厂触媒部,1959年改名南京化学工业公司催化剂厂。于1950开始生产AI型合成氨催化剂、C-2型一氧化碳高温变换催化剂和用于二氧化硫氧化的型钒催化剂,以后逐步配齐了合成氨工业所需各种催化剂的生产。80年代中国开始生产天然气及轻油蒸汽转化的负载型镍催化剂。至1984年已有40多个单位生产硫酸、硝酸、合成氨工业用的催化剂。
  为发展燃料化工,50年代初期,石油三厂开始生产页岩油加氢用的硫化钼 -白土、硫化钨-活性炭、硫化钨-白土及纯硫化钨、硫化钼催化剂。石油六厂开始生产费托合成用的钴
系催化剂,1960年起生产叠合用的磷酸-硅藻土催化剂。60年代初期,中国开发了丰富的石油资源,开始发展石油炼制催化剂的工业生产。当时,石油裂化催化剂最先在兰州炼油厂生产,1964年小球硅铝催化剂厂建成投产。70年代中国开始生产稀土-X型分子筛和稀土-Y型分子筛。70年代末在长岭炼油厂催化剂厂,开始生产共胶法硅铝载体稀土-Y型分子筛,以后在齐鲁石化公司催化剂厂开始生产高堆比、耐磨半合成稀土-Y型分子筛。60年代起中国即开始发展重整催化剂,60年代中期石油三厂开始生产铂催化剂,卷帘纱窗70 年代先后生产出双金属-铼催化剂及多金属重整催化剂。在加氢精制方面,60年代石油三厂开始生产钼-钴及钼-镍重整预加氢催化剂。70年代开始生产钼--镍低压预加氢催化剂,80年代开始生产三叶形的加氢精制催化剂。
  为发展有机化学工业,50年代末至60年代初开始制造乙苯脱氢用的铁系催化剂,乙炔加氯化氢制氯乙烯的/活性炭催化剂,流化床中萘氧化制苯酐用的氧化钒催化剂,以及加氢用的骨架镍催化剂等。60年代中期为适应中国石油化工发展的需要,新生产的催化剂品种迅速增多,至80快速插头年代已生产多种精制烯烃的选择性加氢催化剂,并开始生产丙烯氨化氧化用的微球型氧化物催化剂,乙烯与醋酸氧化制醋酸乙烯酯的负载型金属催化剂,高效烯烃聚合催化剂以及治理工业废气的蜂窝状催化剂等。[5]
主要分类
催化剂[2]种类繁多,按状态可分为液体催化剂和固体催化剂;按反应体系的相态分为均相催化剂和多相催化剂,均相催化剂有酸、碱、可溶性过渡金属化合物和过氧化物催化剂。多相催化剂有固体酸催化剂、有机碱催化剂、金属催化剂、金属氧化物催化剂、络合物催化剂、稀土催化剂、分子筛催化剂、生物催化剂、纳米催化剂等;按照反应类型又分为聚合、缩聚、酯化、缩醛化、加氢、脱氢、氧化、还原、烷基化、异构化等催化剂;按照作用大小还分为主催化剂和助催化剂。免清洗助焊剂
实际用途
  在化工生产、科学家实验和生命活动中,催化剂都大显身手。例如,硫酸生产中要用五氧化二钒作催化剂。由氮气跟氢气合成氨气,要用以为主的多分组催化剂,提高反应速率。在炼油厂,催化剂更是少不了,选用不同的催化剂,就可以得到不同品质的汽油、煤油。化工合成酸性和碱性可赛思催化剂。车尾气中含有害的一氧化碳和一氧化氮,利用铂等金属作催化剂可以迅速将二者转化为无害的二氧化碳和氮气。酶是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的蛋白质,生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行,酿造
业、制药业等都要用催化剂催作。
  我们可在波兹曼分布(Boltzmann distribution)与能量关系图(energy profile diagram)中观察到,催化剂可使化学反应物在不改变的情形下,经由只需较少活化能activation energy)的路径来进行化学反应。而通常在这种能量下,分子不是无法完成化学反应,不然就是需要较长时间来完成化学反应。但在有催化剂的环境下,分子只需较少的能量即可完成化学反应。

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