分子的數目可會大增了,畢竟跳過一個矮杆比跳過高杆要容易得多。也就是說,如果能將一個化學反應的活化能降低,反應速度就會快得多,有時還無需高溫高壓這樣的苛刻條件。化學家於是找到了催化劑。催化劑常常可以提供各種低能量的反應途徑,這樣就會大大提高反應速度。
催化劑的“魔力”
給你講個有趣的小故事。有一位化學家做完實驗後,匆匆趕赴酒會。侍者遞上一杯酒,化學家接過一飲,咦,好酸!酒怎麼變成了醋了?原來,化學家離開實驗室前忘記洗手了,手上沾有做實驗用的鉑(Pt)粉。鉑是一種效力極強的催化劑。化學家飲酒前手指偶然碰到了酒,在鉑的催化作用下,酒迅速被空氣中的氧氧化,變成了醋。好神奇的催化作用呀,你也一定想動手試試。不過,鉑粉可不大好找,你就做一個“糖塊著火”的實驗吧。
取一塊方糖放在石棉網上,擦著一根火柴去點它。它會著火嗎?肯定不會,頂多會變軟、熔化。你若再點一根火柴,它也隻是熔化得更厲害罷了。再取一塊糖,上麵撤些普通香煙的煙灰,然後用火柴去點。糖塊竟奇跡般地燃燒起來,發出“嗞嗞”的響聲,冒出藍色的火苗。“糖塊著火”秘密何在呢?你一定猜到了,是那些煙灰的功勞。其實,糖是由碳、氫,氧組成的碳水化合物,它應該與氧反應生成二氧化碳和水。可是,由於這個反應的活化能很高,反應很難進行。再看看煙灰,它的前身是煙草。據測定,煙草是一種含鋰的化合物,煙草燃燒後,鋰就留在灰燼裡。而鋰是糖氧化反應的一種催化劑,所以撒上煙灰,就會加速反應的進行,糖塊就燃燒起來了。
催化劑是如何加快反應速度的,化學家一直在進行深入,的研究。大家都知道,在反應前後催化劑的質量和化學組成都沒有變化,但這並不意味著它沒有參加反應。在氯酸鉀分解生成氧氣的反應中,我們放入二氧化錳作催化劑。人們觀察到,反應前二氧化錳是顆粒狀,反應後則變成了粉末狀。這就說明催化劑在反應過程中也參與了反應,隻是反應完成後它又從中撒出來了罷了。可由於它的加入,原來反應的路徑改變了,有時一步反應變成兩步,兩步變成三步,這種改變使原反應的活化能大大降低了。
化學家們曾詳細研究過乙醛分解成甲烷和一氧化碳的反應。反應式為:
CH3CHO——→CH4+CO
在245℃時,反應活化能高達每摩爾190千焦。采用碘蒸氣做催化劑時,該反應分兩步進行:
CH3CHO+I2——→CH3I+HI+CO
CH31+HI——→CH4+I2
兩步活化能的總和才隻有每摩爾136千焦,每—步的活化能就更低了。還用分子進行跳高比賽來比喻的話,能跳過兩個矮杆的分子數目肯定要比一下於跳過一個高杆的分子數目多得多。由於反應活化能降低,活化分子數目大大增多,反應速度就會快得多。實驗測定,上述反應用催化劑要比不用催化劑時的速度快6000倍。
大家熟知的例子還有合成氨反應:
高溫、高壓
N2+3H22NH3
催化劑
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