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催化劑載體和催化劑的工作原理

 催化劑載體，催化劑 ：在發現了催化劑的神奇作用后，科學家們就一直致力于對催化作用的原理進行研究。對催化作用實質的認識，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、改善許多化學工業生產過程。

催化劑 催化反應的原理，也就是關于催化劑是怎樣“工作”的，是一個比較復雜的問題，甚至有些疑問目前還沒有完全弄清楚，或者是科學家尚未達成共同的認識。

當然，這并不(bu)意味著(zhu)催化反應是不(bu)可認(ren)識(shi)的(de)。要討論(lun)催化劑的(de)“工作原理(li)”，我們(men)還得先來初步(bu)認(ren)識(shi)一下物質的(de)構成和物質的(de)化學變化。

科學家們研究發現，世界上的物質都是由極其微小的微粒——原子、分子、離子等構成的。催化劑載體催化劑 正是這些微粒構成了我們這個物質世界。構成物質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，如平穩放置在桌面上的一杯水，其構成微粒——水分子，也是在不停運動著的。英國科學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律的運動。

科學(xue)(xue)家(jia)們經過長期(qi)的(de)(de)研究發現，各種不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)化學(xue)(xue)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de)(de)速(su)(su)度(du)(du)是(shi)不(bu)(bu)相同(tong)的(de)(de)。有些(xie)化學(xue)(xue)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de)(de)速(su)(su)度(du)(du)很快，在一瞬間就能(neng)完成(cheng)，例如炸(zha)藥的(de)(de)爆(bao)炸(zha)：炸(zha)藥在點燃(ran)瞬間急速(su)(su)燃(ran)燒，在極短的(de)(de)時間內，相對封閉的(de)(de)空間里產生(sheng)大量氣體，導致(zhi)了(le)(le)爆(bao)炸(zha)的(de)(de)發生(sheng)。爆(bao)炸(zha)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de)(de)速(su)(su)度(du)(du)是(shi)相當快的(de)(de)。而(er)有些(xie)化學(xue)(xue)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)速(su)(su)度(du)(du)卻(que)很慢，如前面講(jiang)的(de)(de)合成(cheng)氨反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)，即使在高溫(wen)高壓下，這一反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)也是(shi)進(jin)行得極其緩(huan)慢的(de)(de)。那么(me)，究竟是(shi)什么(me)導致(zhi)了(le)(le)化學(xue)(xue)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)速(su)(su)度(du)(du)的(de)(de)差異呢？

在徹底弄清這個(ge)問題之前，你(ni)還(huan)得耐心聽我講一(yi)個(ge)故事，這是一(yi)個(ge)現代版的(de)“愚公移山”的(de)故事。

有(you)一(yi)(yi)個偏僻的(de)(de)村(cun)(cun)莊(zhuang)，住(zhu)著(zhu)幾百(bai)戶人(ren)(ren)家(jia)。村(cun)(cun)莊(zhuang)被(bei)崇山(shan)(shan)(shan)峻嶺所包圍，只(zhi)(zhi)有(you)一(yi)(yi)條山(shan)(shan)(shan)路(lu)(lu)可(ke)(ke)以(yi)通往(wang)村(cun)(cun)外(wai)。由(you)于走這(zhe)(zhe)條山(shan)(shan)(shan)路(lu)(lu)要翻過一(yi)(yi)座極(ji)高(gao)(gao)的(de)(de)山(shan)(shan)(shan)峰(feng)，因此(ci)一(yi)(yi)直以(yi)來，村(cun)(cun)子(zi)里只(zhi)(zhi)有(you)那(nei)(nei)些年(nian)富力強、身體素質很(hen)好(hao)(hao)的(de)(de)年(nian)輕人(ren)(ren)才能(neng)出(chu)村(cun)(cun)去。一(yi)(yi)天，村(cun)(cun)子(zi)里一(yi)(yi)個名為(wei)“愚公(gong)(gong)”（很(hen)巧，他也(ye)叫愚公(gong)(gong)）的(de)(de)老人(ren)(ren)說：“村(cun)(cun)子(zi)里的(de)(de)老人(ren)(ren)、小孩都無法(fa)翻過那(nei)(nei)座山(shan)(shan)(shan)峰(feng)，這(zhe)(zhe)樣下去可(ke)(ke)不(bu)(bu)行，我(wo)得(de)想辦(ban)法(fa)讓更多的(de)(de)人(ren)(ren)能(neng)出(chu)村(cun)(cun)去。” 愚公(gong)(gong)的(de)(de)鄰居(ju)聽說了，跑(pao)來勸他：“你別傻了，你難道還想像那(nei)(nei)個‘愚公(gong)(gong)’一(yi)(yi)樣把山(shan)(shan)(shan)挖平嗎？這(zhe)(zhe)太不(bu)(bu)現實了！” “愚公(gong)(gong)”笑笑，回答道：“與(yu)其在(zai)這(zhe)(zhe)里灰心(xin)喪氣(qi)地(di)發牢騷，還不(bu)(bu)如切(qie)切(qie)實實地(di)想些辦(ban)法(fa)。挖山(shan)(shan)(shan)顯然不(bu)(bu)行，不(bu)(bu)過，我(wo)相信(xin)挖一(yi)(yi)條山(shan)(shan)(shan)路(lu)(lu)總是可(ke)(ke)以(yi)的(de)(de)。” 于是，愚公(gong)(gong)帶領著(zhu)家(jia)人(ren)(ren)，在(zai)村(cun)(cun)子(zi)西(xi)頭一(yi)(yi)座相對較低(di)的(de)(de)山(shan)(shan)(shan)上開(kai)挖山(shan)(shan)(shan)路(lu)(lu)。工夫不(bu)(bu)負有(you)心(xin)人(ren)(ren)，幾個月后，山(shan)(shan)(shan)路(lu)(lu)終于開(kai)挖完成(cheng)。從此(ci)，村(cun)(cun)里的(de)(de)村(cun)(cun)民不(bu)(bu)必再翻越那(nei)(nei)座對多數人(ren)(ren)而言(yan)高(gao)(gao)不(bu)(bu)可(ke)(ke)及的(de)(de)山(shan)(shan)(shan)峰(feng)，而只(zhi)(zhi)需順山(shan)(shan)(shan)路(lu)(lu)走過那(nei)(nei)座較低(di)的(de)(de)山(shan)(shan)(shan)就(jiu)能(neng)出(chu)村(cun)(cun)，而由(you)此(ci)，更多的(de)(de)體力不(bu)(bu)那(nei)(nei)么(me)好(hao)(hao)的(de)(de)村(cun)(cun)民也(ye)能(neng)得(de)以(yi)出(chu)村(cun)(cun)。鑒于他為(wei)村(cun)(cun)民們作出(chu)的(de)(de)偉(wei)大功績(ji)，“愚公(gong)(gong)”被(bei)大家(jia)稱為(wei)“當(dang)代愚公(gong)(gong)”。

這(zhe)個“當代愚公”的(de)辦法，與催化(hua)劑為什么能夠加快化(hua)學反應速度(du)的(de)原(yuan)理(li)其實是類似(si)的(de)。

科(ke)(ke)學(xue)家們認為，化(hua)(hua)(hua)學(xue)反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)得以(yi)進(jin)行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)先決條件是反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)物分(fen)子(zi)(zi)間必須發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)。不(bu)過(guo)，并不(bu)是反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)物分(fen)子(zi)(zi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)每一(yi)次(ci)碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)都(dou)會(hui)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)(hua)(hua)學(xue)反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)，事實上，一(yi)般情況下(xia)只有少(shao)數的(de)(de)(de)(de)(de)(de)碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)會(hui)導致反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)，而更多(duo)數的(de)(de)(de)(de)(de)(de)碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)并不(bu)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)，是無(wu)效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。科(ke)(ke)學(xue)家們把(ba)能(neng)(neng)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)稱之為有效(xiao)(xiao)碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)。能(neng)(neng)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)有效(xiao)(xiao)碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量要比一(yi)般分(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量高。這些(xie)能(neng)(neng)量較高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)、碰(peng)(peng)撞(zhuang)(zhuang)時能(neng)(neng)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)(hua)(hua)學(xue)反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)子(zi)(zi)稱為活(huo)化(hua)(hua)(hua)分(fen)子(zi)(zi)，就(jiu)(jiu)(jiu)(jiu)好比那些(xie)原先就(jiu)(jiu)(jiu)(jiu)能(neng)(neng)翻(fan)越(yue)(yue)(yue)高山而出村的(de)(de)(de)(de)(de)(de)年輕人。科(ke)(ke)學(xue)家們研究發(fa)現，在一(yi)定溫度下(xia)，活(huo)化(hua)(hua)(hua)分(fen)子(zi)(zi)百(bai)分(fen)數越(yue)(yue)(yue)大(da)（即(ji)所有分(fen)子(zi)(zi)中活(huo)化(hua)(hua)(hua)分(fen)子(zi)(zi)所占(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)比例(li)越(yue)(yue)(yue)大(da)），化(hua)(hua)(hua)學(xue)反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)速度就(jiu)(jiu)(jiu)(jiu)越(yue)(yue)(yue)大(da)，化(hua)(hua)(hua)學(xue)反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)就(jiu)(jiu)(jiu)(jiu)進(jin)行(xing)得快。反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)之，活(huo)化(hua)(hua)(hua)分(fen)子(zi)(zi)百(bai)分(fen)數越(yue)(yue)(yue)小（即(ji)所有分(fen)子(zi)(zi)中活(huo)化(hua)(hua)(hua)分(fen)子(zi)(zi)所占(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)比例(li)越(yue)(yue)(yue)小），化(hua)(hua)(hua)學(xue)反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)速度就(jiu)(jiu)(jiu)(jiu)越(yue)(yue)(yue)小，化(hua)(hua)(hua)學(xue)反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)就(jiu)(jiu)(jiu)(jiu)進(jin)行(xing)得慢。

活(huo)化(hua)分(fen)子(zi)(zi)的能量(liang)高(gao)于非活(huo)化(hua)分(fen)子(zi)(zi)，科(ke)學家們把活(huo)化(hua)分(fen)子(zi)(zi)的平均能量(liang)與所有分(fen)子(zi)(zi)的平均能量(liang)的差值，稱(cheng)為活(huo)化(hua)能。由此(ci)我們可以想(xiang)見，在(zai)一定溫度下，如(ru)果(guo)一個化(hua)學反(fan)應的活(huo)化(hua)能越(yue)大(da)，則(ze)意味(wei)著活(huo)化(hua)分(fen)子(zi)(zi)百分(fen)數就越(yue)小（設想(xiang)，如(ru)果(guo)山越(yue)高(gao)的話，那(nei)么翻越(yue)過這座山所需花費的精力和體力就越(yue)大(da)，很顯(xian)然(ran)，能翻越(yue)過山的人就越(yue)少），其結(jie)果(guo)是這個化(hua)學反(fan)應的速度就越(yue)小。反(fan)之亦(yi)然(ran)。

要加快化學反應速(su)度(du)，很(hen)顯(xian)然(ran)必須要增大活化分(fen)(fen)(fen)子(zi)百分(fen)(fen)(fen)數，最常用的(de)(de)辦法之一(yi)是升(sheng)高溫度(du)。溫度(du)升(sheng)高后，分(fen)(fen)(fen)子(zi)具有的(de)(de)平均能(neng)量增大了(le)（溫度(du)越高微粒(li)運動速(su)度(du)越快），使得更(geng)(geng)多的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)子(zi)能(neng)越過“分(fen)(fen)(fen)界線(xian)”而成為“活化分(fen)(fen)(fen)子(zi)”，于是活化分(fen)(fen)(fen)子(zi)百分(fen)(fen)(fen)數增大了(le)。這就(jiu)(jiu)是為什(shen)么升(sheng)高溫度(du)能(neng)增大化學反應速(su)度(du)的(de)(de)原因。（這就(jiu)(jiu)相當于給村民進行身體素質訓(xun)練(lian)，使得村民們(men)具有更(geng)(geng)充沛的(de)(de)體能(neng)，于是更(geng)(geng)多的(de)(de)村民能(neng)越過高山）

要增大活(huo)化(hua)(hua)分子(zi)百分數，除了(le)(le)升高溫度以外(wai)，還(huan)有其(qi)他(ta)辦法嗎？你不必絞盡腦汁(zhi)，因為“愚公”已經找到了(le)(le)解決辦法。在一個化(hua)(hua)學(xue)反(fan)應中，使用了(le)(le)催化(hua)(hua)劑(ji)后(hou)，能(neng)(neng)有效地(di)降低化(hua)(hua)學(xue)反(fan)應的(de)活(huo)化(hua)(hua)能(neng)(neng)，從而增大活(huo)化(hua)(hua)分子(zi)百分數，顯著地(di)加快了(le)(le)化(hua)(hua)學(xue)反(fan)應的(de)速度。（這就相當于愚公的(de)“另(ling)辟蹊徑”，開掘了(le)(le)一條從較低山上(shang)通過(guo)的(de)山路，于是更多體能(neng)(neng)較差的(de)人(ren)也能(neng)(neng)翻(fan)越而過(guo)）

所以，我們不難發現，催化劑使(shi)化學(xue)(xue)反應速度加快的根(gen)本原因是催化劑能降低化學(xue)(xue)反應的活(huo)化能，增大活(huo)化分子百分數，最終(zhong)實(shi)現化學(xue)(xue)反應速度的增大。

其實(shi)，類(lei)似(si)的(de)(de)例子在我們(men)生活(huo)中(zhong)比(bi)(bi)比(bi)(bi)皆是(shi)。在一次期(qi)中(zhong)考(kao)試(shi)(shi)(shi)(shi)中(zhong)，班級里大部(bu)分(fen)(fen)同學(xue)(xue)都不(bu)及格，只(zhi)有(you)少(shao)數(shu)平(ping)時學(xue)(xue)習(xi)成績(ji)優異的(de)(de)學(xue)(xue)生才(cai)考(kao)及格。那么，在期(qi)末考(kao)試(shi)(shi)(shi)(shi)時，要(yao)想讓更(geng)多(duo)的(de)(de)同學(xue)(xue)能(neng)夠考(kao)及格（類(lei)似(si)于增大活(huo)化分(fen)(fen)子百分(fen)(fen)數(shu)），一個辦法(fa)是(shi)通(tong)過大量(liang)補習(xi)和復習(xi)，使(shi)學(xue)(xue)生們(men)對知識掌握的(de)(de)水平(ping)能(neng)夠提(ti)高（類(lei)似(si)于升高溫度），從而更(geng)多(duo)的(de)(de)人能(neng)順利通(tong)過考(kao)試(shi)(shi)(shi)(shi)；另一個辦法(fa)則更(geng)簡單，只(zhi)要(yao)期(qi)末考(kao)試(shi)(shi)(shi)(shi)試(shi)(shi)(shi)(shi)卷出得簡單些就行了（類(lei)似(si)于使(shi)用(yong)催(cui)化劑后降低了化學(xue)(xue)反應的(de)(de)活(huo)化能(neng)），這樣也能(neng)保證更(geng)多(duo)的(de)(de)學(xue)(xue)生能(neng)考(kao)及格。你看，催(cui)化反應并不(bu)神秘，其實(shi)，很多(duo)科(ke)(ke)學(xue)(xue)現象所(suo)蘊涵的(de)(de)科(ke)(ke)學(xue)(xue)道(dao)理和知識，是(shi)和我們(men)生活(huo)中(zhong)的(de)(de)許多(duo)經(jing)驗和常識相通(tong)的(de)(de)。

    你看，關于催(cui)化(hua)(hua)作(zuo)用原(yuan)理的(de)問(wen)題，就這樣被“破解”了。其實，催(cui)化(hua)(hua)作(zuo)用的(de)原(yuan)理，是由許多科學(xue)家(jia)經過異常艱苦(ku)的(de)研(yan)究，在總結大量事(shi)實經驗的(de)基(ji)礎(chu)上形成的(de)。得益(yi)于前人的(de)工作(zuo)，我們今天能深入地理解催(cui)化(hua)(hua)原(yuan)理；而(er)關于催(cui)化(hua)(hua)原(yuan)理中一(yi)些尚未研(yan)究透徹的(de)問(wen)題，還(huan)有賴(lai)于科學(xue)家(jia)們更深入的(de)研(yan)究。