催化剂载体和催化剂的工作原理

 催化剂载体，催化剂 ：在发现了催化剂的神奇作用后，科学家们就一直致力于对催化作用的原理进行研究。对催化作用实质的认识，不仅有助于人们完善催化理论，更重要的是在实践中帮助人们寻找更高效率、更廉价、更易获得或制得的催化剂，改进、改善许多化学工业生产过程。

催化剂 催化反应的原理，也就是关于催化剂是怎样“工作”的，是一个比较复杂的问题，甚至有些疑问目前还没有完全弄清楚，或者是科学家尚未达成共同的认识。

当然，这并不意味着催化反应是不可认识的。要讨论催化剂的“工作原理”，我们还得先来初步认识一下物质的构成和物质的化学变化。

科学家们研究发现，世界上的物质都是由极其微小的微粒——原子、分子、离子等构成的。催化剂载体催化剂 正是这些微粒构成了我们这个物质世界。构成物质世界的微粒是在不停运动着的，即使是外表看起来静止的东西，如平稳放置在桌面上的一杯水，其构成微粒——水分子，也是在不停运动着的。英国科学家布朗曾做过一个著名的布朗运动实验，实验中观察到：悬浮在水面上的花粉等小颗粒在不停地做着无规律的运动，人们把它称为布朗运动，它直观地说明水分子在不停地做着无规律的运动。

科学家们经过长期的研究发现，各种不同的化学反应的速度是不相同的。有些化学反应的速度很快，在一瞬间就能完成，例如炸药的爆炸：炸药在点燃瞬间急速燃烧，在极短的时间内，相对封闭的空间里产生大量气体，导致了爆炸的发生。爆炸反应的速度是相当快的。而有些化学反应速度却很慢，如前面讲的合成氨反应，即使在高温高压下，这一反应也是进行得极其缓慢的。那么，究竟是什么导致了化学反应速度的差异呢？

在彻底弄清这个问题之前，你还得耐心听我讲一个故事，这是一个现代版的“愚公移山”的故事。

有一个偏僻的村庄，住着几百户人家。村庄被崇山峻岭所包围，只有一条山路可以通往村外。由于走这条山路要翻过一座极高的山峰，因此一直以来，村子里只有那些年富力强、身体素质很好的年轻人才能出村去。一天，村子里一个名为“愚公”（很巧，他也叫愚公）的老人说：“村子里的老人、小孩都无法翻过那座山峰，这样下去可不行，我得想办法让更多的人能出村去。” 愚公的邻居听说了，跑来劝他：“你别傻了，你难道还想像那个‘愚公’一样把山挖平吗？这太不现实了！” “愚公”笑笑，回答道：“与其在这里灰心丧气地发牢骚，还不如切切实实地想些办法。挖山显然不行，不过，我相信挖一条山路总是可以的。” 于是，愚公带领着家人，在村子西头一座相对较低的山上开挖山路。工夫不负有心人，几个月后，山路终于开挖完成。从此，村里的村民不必再翻越那座对多数人而言高不可及的山峰，而只需顺山路走过那座较低的山就能出村，而由此，更多的体力不那么好的村民也能得以出村。鉴于他为村民们作出的伟大功绩，“愚公”被大家称为“当代愚公”。

这个“当代愚公”的办法，与催化剂为什么能够加快化学反应速度的原理其实是类似的。

科学家们认为，化学反应得以进行的先决条件是反应物分子间必须发生碰撞。不过，并不是反应物分子间的每一次碰撞都会发生化学反应，事实上，一般情况下只有少数的碰撞会导致反应的发生，而更多数的碰撞并不发生反应，是无效的。科学家们把能发生反应的碰撞称之为有效碰撞。能发生有效碰撞的分子的能量要比一般分子的能量高。这些能量较高的、碰撞时能发生化学反应的分子称为活化分子，就好比那些原先就能翻越高山而出村的年轻人。科学家们研究发现，在一定温度下，活化分子百分数越大（即所有分子中活化分子所占的比例越大），化学反应的速度就越大，化学反应就进行得快。反之，活化分子百分数越小（即所有分子中活化分子所占的比例越小），化学反应的速度就越小，化学反应就进行得慢。

活化分子的能量高于非活化分子，科学家们把活化分子的平均能量与所有分子的平均能量的差值，称为活化能。由此我们可以想见，在一定温度下，如果一个化学反应的活化能越大，则意味着活化分子百分数就越小（设想，如果山越高的话，那么翻越过这座山所需花费的精力和体力就越大，很显然，能翻越过山的人就越少），其结果是这个化学反应的速度就越小。反之亦然。

要加快化学反应速度，很显然必须要增大活化分子百分数，最常用的办法之一是升高温度。温度升高后，分子具有的平均能量增大了（温度越高微粒运动速度越快），使得更多的分子能越过“分界线”而成为“活化分子”，于是活化分子百分数增大了。这就是为什么升高温度能增大化学反应速度的原因。（这就相当于给村民进行身体素质训练，使得村民们具有更充沛的体能，于是更多的村民能越过高山）

要增大活化分子百分数，除了升高温度以外，还有其他办法吗？你不必绞尽脑汁，因为“愚公”已经找到了解决办法。在一个化学反应中，使用了催化剂后，能有效地降低化学反应的活化能，从而增大活化分子百分数，显著地加快了化学反应的速度。（这就相当于愚公的“另辟蹊径”，开掘了一条从较低山上通过的山路，于是更多体能较差的人也能翻越而过）

所以，我们不难发现，催化剂使化学反应速度加快的根本原因是催化剂能降低化学反应的活化能，增大活化分子百分数，最终实现化学反应速度的增大。

其实，类似的例子在我们生活中比比皆是。在一次期中考试中，班级里大部分同学都不及格，只有少数平时学习成绩优异的学生才考及格。那么，在期末考试时，要想让更多的同学能够考及格（类似于增大活化分子百分数），一个办法是通过大量补习和复习，使学生们对知识掌握的水平能够提高（类似于升高温度），从而更多的人能顺利通过考试；另一个办法则更简单，只要期末考试试卷出得简单些就行了（类似于使用催化剂后降低了化学反应的活化能），这样也能保证更多的学生能考及格。你看，催化反应并不神秘，其实，很多科学现象所蕴涵的科学道理和知识，是和我们生活中的许多经验和常识相通的。

    你看，关于催化作用原理的问题，就这样被“破解”了。其实，催化作用的原理，是由许多科学家经过异常艰苦的研究，在总结大量事实经验的基础上形成的。得益于前人的工作，我们今天能深入地理解催化原理；而关于催化原理中一些尚未研究透彻的问题，还有赖于科学家们更深入的研究。