催化剂概念的演变和发展

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  近年来有文章在讨论催化剂的概念时指出:催化剂是在化学反应中能增大反应速率的物质的提法不妥,认为应当将“增大”表述为“改变”更为妥当。并进一步提出:催化剂包括正催化剂和负催化剂,在化学反应中能减慢化学反应速率,但本身的化学性质和质量在反应前后都没有发生改变的物质,同样也称为催化剂。
  笔者认为上述提法是一种离开了科学发展的、过时了的观点。
  一、催化和催化剂
  “催化”顾名思义是催促化学反应,加快化学反应的进行。“催化”一词是1835年瑞典化学家J.J.Berzelius首先引用到化学学科中来的。
  1902年德国化学家F.W.Ostwald将“催化”定义为:加速化学反应而不影响化学平衡的作用。
  现代化学对于催化剂的正确表述为:“能显著提高化学反应速率,其自身的组成和数量在反应前后保持不变的物质称为催化剂。催化剂改变化学反应速率的作用称催化作用,它本质上是一种化学作用。”
  催化剂为什么能加速化学反应进行呢?这是因为在催化反应过程中,至少有一种反应物与催化剂发生了某种形式的化学作用。由于催化剂的介入,化学反应改变了进行的途径,而新的途径需要的活化能较低。降低化学反应的活化能就是催化得以提高化学反应速率的根本原因。例如,强酸可以催化羧酸和醇的酯化反应,这是由于强酸电离的质子参与了酯化反应,使羧酸质子化,质子化了的羧酸更易与醇的羟基上的氧原子结合,生成中间体的能量降低,因而降低了活化能,加快了酯化反应的进行。而该强酸在反应前后没有发生变化。
  二、负催化剂的提出和修正
  在20世纪50年代以前,由于发现了一些物质可以终止自由基反应,有的物质可以降低催化剂的催化效应,因此有人提出了“负催化剂”的概念。化学发展的事实表明这种提法是不妥的。可以终止自由基反应的物质,往往是一种可以跟自由基结合或本身变成稳定自由基的物质。这种物质在反应前后的结构和性质都发生了改变,现在把它称为自由基的淬灭剂或抑制剂。
  由催化剂带进反应而降低催化剂催化活性的物质,在反应前后发生了改变,现在称之为催化反应的抑制剂。若是由反应物带进催化反应而降低反应速率的物质,它能使催化剂中毒,现在称其为催化毒物,其在反应前后发生了改变。例如,硫化氢就是铂催化剂的毒物。因此,不可能找到既能提高化学反应的活化能,其本身又在反应前后不变的物质。
  美国《不列颠百科全书》中关于催化剂和催化反应也有如下表述:能增加反应速率而其本身并不消耗的物质。为降低化学反应的速率向反应中添加的另外物质称为抑制剂,这种作用称为抑制或阻滞作用,有时也称为负催化反应。
  因此,20世纪60年代以后在科学界已经基本不再讨论“负催化剂”了。如果现在还有教科书提到“负催化剂”或把催化剂的概念讲成是“改变化学反应速率的物质”那么就可能需要进行修改了。
  综上所述,有些使反应减慢的物质曾被称为“负催化剂”,例如链反应中加入的抑制剂或催化反应中的毒物,研究表明,它们本身也发生了变化,故相应改称为抑制剂或催化毒物。
  (收稿日期:2013-11-15)
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