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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，這并不意味著催化反應是不可認識的。要討論催化劑的“工作原理”，我們還得先來初步認識一下物質的構成和物質的化學變化。

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。

科學家們經過長期的研究發現，各種不同的化學反應的速度是不相同的。有些化學反應的速度很快，在一瞬間就能完成，例如炸藥的爆炸：炸藥在點燃瞬間急速燃燒，在極短的時間內，相對封閉的空間里產生大量氣體，導致了爆炸的發生。爆炸反應的速度是相當快的。而有些化學反應速度卻很慢，如前面講的合成氨反應，即使在高溫高壓下，這一反應也是進行得極其緩慢的。那么，究竟是什么導致了化學反應速度的差異呢？

在徹底弄清這個問題之前，你還得耐心聽我講一個故事，這是一個現代版的“愚公移山”的故事。

有一個偏僻的村莊，住著幾百戶人家。村莊被崇山峻嶺所包圍，只有一條山路可以通往村外。由于走這條山路要翻過一座極高的山峰，因此一直以來，村子里只有那些年富力強、身體素質很好的年輕人才能出村去。一天，村子里一個名為“愚公”（很巧，他也叫愚公）的老人說：“村子里的老人、小孩都無法翻過那座山峰，這樣下去可不行，我得想辦法讓更多的人能出村去。” 愚公的鄰居聽說了，跑來勸他：“你別傻了，你難道還想像那個‘愚公’一樣把山挖平嗎？這太不現實了！” “愚公”笑笑，回答道：“與其在這里灰心喪氣地發牢騷，還不如切切實實地想些辦法。挖山顯然不行，不過，我相信挖一條山路總是可以的。” 于是，愚公帶領著家人，在村子西頭一座相對較低的山上開挖山路。工夫不負有心人，幾個月后，山路終于開挖完成。從此，村里的村民不必再翻越那座對多數人而言高不可及的山峰，而只需順山路走過那座較低的山就能出村，而由此，更多的體力不那么好的村民也能得以出村。鑒于他為村民們作出的偉大功績，“愚公”被大家稱為“當代愚公”。

這個“當代愚公”的辦法，與催化劑為什么能夠加快化學反應速度的原理其實是類似的。

科學家們認為，化學反應得以進行的先決條件是反應物分子間必須發生碰撞。不過，并不是反應物分子間的每一次碰撞都會發生化學反應，事實上，一般情況下只有少數的碰撞會導致反應的發生，而更多數的碰撞并不發生反應，是無效的。科學家們把能發生反應的碰撞稱之為有效碰撞。能發生有效碰撞的分子的能量要比一般分子的能量高。這些能量較高的、碰撞時能發生化學反應的分子稱為活化分子，就好比那些原先就能翻越高山而出村的年輕人。科學家們研究發現，在一定溫度下，活化分子百分數越大（即所有分子中活化分子所占的比例越大），化學反應的速度就越大，化學反應就進行得快。反之，活化分子百分數越小（即所有分子中活化分子所占的比例越小），化學反應的速度就越小，化學反應就進行得慢。

活化分子的能量高于非活化分子，科學家們把活化分子的平均能量與所有分子的平均能量的差值，稱為活化能。由此我們可以想見，在一定溫度下，如果一個化學反應的活化能越大，則意味著活化分子百分數就越小（設想，如果山越高的話，那么翻越過這座山所需花費的精力和體力就越大，很顯然，能翻越過山的人就越少），其結果是這個化學反應的速度就越小。反之亦然。

要加快化學反應速度，很顯然必須要增大活化分子百分數，最常用的辦法之一是升高溫度。溫度升高后，分子具有的平均能量增大了（溫度越高微粒運動速度越快），使得更多的分子能越過“分界線”而成為“活化分子”，于是活化分子百分數增大了。這就是為什么升高溫度能增大化學反應速度的原因。（這就相當于給村民進行身體素質訓練，使得村民們具有更充沛的體能，于是更多的村民能越過高山）

要增大活化分子百分數，除了升高溫度以外，還有其他辦法嗎？你不必絞盡腦汁，因為“愚公”已經找到了解決辦法。在一個化學反應中，使用了催化劑后，能有效地降低化學反應的活化能，從而增大活化分子百分數，顯著地加快了化學反應的速度。（這就相當于愚公的“另辟蹊徑”，開掘了一條從較低山上通過的山路，于是更多體能較差的人也能翻越而過）

所以，我們不難發現，催化劑使化學反應速度加快的根本原因是催化劑能降低化學反應的活化能，增大活化分子百分數，最終實現化學反應速度的增大。

其實，類似的例子在我們生活中比比皆是。在一次期中考試中，班級里大部分同學都不及格，只有少數平時學習成績優異的學生才考及格。那么，在期末考試時，要想讓更多的同學能夠考及格（類似于增大活化分子百分數），一個辦法是通過大量補習和復習，使學生們對知識掌握的水平能夠提高（類似于升高溫度），從而更多的人能順利通過考試；另一個辦法則更簡單，只要期末考試試卷出得簡單些就行了（類似于使用催化劑后降低了化學反應的活化能），這樣也能保證更多的學生能考及格。你看，催化反應并不神秘，其實，很多科學現象所蘊涵的科學道理和知識，是和我們生活中的許多經驗和常識相通的。

    你看，關于催化作用原理的問題，就這樣被“破解”了。其實，催化作用的原理，是由許多科學家經過異常艱苦的研究，在總結大量事實經驗的基礎上形成的。得益于前人的工作，我們今天能深入地理解催化原理；而關于催化原理中一些尚未研究透徹的問題，還有賴于科學家們更深入的研究。