催化作用概念的產(chǎn)生

1、.催化作用概念的產(chǎn)生催化作用是中學(xué)化學(xué)和大學(xué)化學(xué)中經(jīng)常應(yīng)用的概念之一。本文將闡述催化作用概念的產(chǎn)生及其在不同階段人們對它的認(rèn)識。催化作用概念不可能在化學(xué)變化、化學(xué)反響這些概念出現(xiàn)以前就產(chǎn)生?；瘜W(xué)變化的概念那么建立在拉瓦錫Lavoisier提出的質(zhì)量守恒定律和化學(xué)元素的概念的根底之上。因此，盡管催化現(xiàn)象在18世紀(jì)就道，但是當(dāng)初不可能把它們看作是專門的一類反響。最早清楚地認(rèn)識到催化現(xiàn)象的是基爾霍夫G.S.CKirchoff，他在1814年研究了酸催化淀粉水解為葡萄糖的反響，盡管當(dāng)時還沒有催化作用這個詞。隨后不久，戴維SirHumPhryDavy在1814年發(fā)現(xiàn)了煤氣在鉑上進展氧化反響，這是一個多相

2、催化反響，他詳細(xì)描繪了這個反響過程。在以后一段時間里，一些人繼續(xù)研究鉑上的氧化反響。泰納Thenard發(fā)現(xiàn)溶液中或以別離相存在的某種少量物質(zhì)會促進過氧化氫分解。1834年，法拉第Faraday發(fā)表了一篇關(guān)于氫氣和氧氣在鉑箔上反響的著名文章，他表征并評價了催化劑的催化活性、失活、中毒和活化，同時進展了一些反響動力學(xué)研究。盡管動力學(xué)測量比較粗糙，但是由此卻可以導(dǎo)出一些重要結(jié)論。他認(rèn)為氫氣和氧氣在鉑外表上聚集而互相接近，從而導(dǎo)致反響的發(fā)生。鉑本身不能使任何微粒結(jié)合，鉑的作用僅僅是把反響物嚴(yán)密地吸引到它的周圍。但，當(dāng)時還不知道氫氣和氧氣是雙原子分子，盡管許多科學(xué)家已經(jīng)承受了道爾頓的原子論。在科學(xué)紀(jì)元中

3、，是貝采里烏斯Berzelius于1836年最先用催化作用一詞來描繪有關(guān)痕量物質(zhì)，本身并不消耗而可以影響反響速率的各種各樣的觀察結(jié)果。貝采里烏斯引用的例子是淀粉受酸催化水解為葡萄糖，金屬離子對過氧化氫分解的影響，及鉑在氫氣和氧氣反響中的作用等。催化catalysis一詞是由兩個希臘字拼成，字首cata-表示下降，動詞lysein意思是分裂或破碎。貝采里烏斯可能是用“catalysis一詞來表示把阻礙分子反響的正常力破除掉當(dāng)時，反響物、產(chǎn)物和催化劑的化學(xué)構(gòu)造都不清楚，原子分子理論還沒完全建立起來，化學(xué)鍵的本質(zhì)以及能的概念也不清楚，電子還沒發(fā)現(xiàn)，所以貝采里烏斯不可能對催化作用的本質(zhì)提出合理的解釋。

4、他認(rèn)為催化作用不是一個化學(xué)過程。他提出了催化力的概念來說明催化現(xiàn)象。所有的分子具有一定的剩余親合力。沒有證據(jù)說明：任何物質(zhì)中，元素的完全吸引的親合力全部滿足，催化劑就是可以把它所擁有的親合力加到其它任何物質(zhì)上，如對于在鉑上氫氣和氧氣的反響，鉑通過其外表親合力濃縮氧氣，然后把它提供給濃縮狀態(tài)的氫氣，就發(fā)生結(jié)合。貝采里烏斯認(rèn)為催化作用是一個物理過程。并不是每一個人都承受貝采里烏斯的觀點、1838年，德.拉·里夫delaRive提出：在鉑外表上，氫氣和氧氣之間的催化反響包含這樣一個過程：首先鉑被氧氣氧化，然后該氧化物被氫氣復(fù)原。他認(rèn)為沒有必要借助于由貝采里烏斯提出的神秘催化力來說明該反響。

5、大化學(xué)家李比希JustusvonLiebig也反對貝采里烏斯的觀點。他在寫給朋友武勒的信中談到：“你是否知道，在德國有些俊瓜寫了一些書，不經(jīng)檢驗就采用了“催化力，他們將把這些概念填塞到我們孩子的大腦中。你不認(rèn)為催化力的整個觀念都是錯誤的嗎?圍繞著催化反響現(xiàn)象，還有其它一些理論解釋，如19世紀(jì)20年代，Pfaff提出，催化劑鉑比熱低，因此可以容易升溫到赤熱狀態(tài)，從而引燃?xì)溲趸旌衔铩５?，這個假說不能說明催化劑的選擇性，因此，很快就被拋棄了。1858年，有機化學(xué)家凱庫勒認(rèn)為，催化劑的作用是使反響物微?；ハ嘟咏魅趿朔错懳镒陨碓娱g的結(jié)合力。格林B.Green提出催化劑起著反響物微粒載體的作用。J&

6、#183;墨爾塞J·Mercer那么把催化作用看成弱化學(xué)親合力的表現(xiàn)?？傊谶@個時期內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了一些催化現(xiàn)象，提出了催化作用概念，但，對其本質(zhì)還非常模糊不清，因此催化作用的定義尚存在一些問題。是物理化學(xué)之父奧斯特瓦爾德F.W.Ostwald提出了具有現(xiàn)代觀點的催化劑和催化作用的定義：“凡能改變化學(xué)反響的速度而本身不形成化學(xué)反響的最終產(chǎn)物，就叫做催化劑。他列出4種類型的催化作用：1過飽和物系中離析作用的催化2均相混合物中的催化；3非均相催化4酶的催化作用。1881年，28歲的奧斯特瓦爾德受聘為里加工學(xué)院的化學(xué)教授，開場了題為“化學(xué)動力學(xué)研究的一系列工作。他首先開展了酸催化的乙酰胺的皂化

7、作用和酯的水解作用的研究，接著又進展了蔗糖在各種酸存在時的轉(zhuǎn)化實驗。這些研究為他以后在萊比錫時期，在催化研究方面的大豐收打下了根底。1887年，奧斯特瓦爾德來到萊比錫大學(xué)，在這里，他和阿累尼烏斯、范特霍甫一起創(chuàng)立了物理化學(xué)。他總結(jié)了許多實驗結(jié)果，并根據(jù)熱力學(xué)定律,定義了催化作用。從那時到如今近一個世紀(jì),其根本思想變化不大。他還出版了?接觸作用學(xué)說通史?1898,考察了催化作用的來龍去脈。而對整個問題更清楚的表述那么是1901年的講演“論催化作用，它作為小冊子于翌年出版。1909年，由于在研究催化、化學(xué)平衡和化學(xué)反響速率方面的功績卓著，奧斯特瓦爾德獲得諾貝爾化學(xué)獎。他是第一個在催化方面獲得諾貝爾

8、獎的科學(xué)家。但是，奧斯特瓦爾德對催化作用本質(zhì)的理解與現(xiàn)代觀點存在相當(dāng)大的間隔 ，與法拉第很相似，奧斯特瓦爾德認(rèn)為催化劑所起的作用僅僅是反響物在其外表上的濃縮而已。是朗繆爾IrvingLangmuir的許多創(chuàng)始性研究，使我們對催化作用本質(zhì)的認(rèn)識上升到一個新的科學(xué)高度。1909年朗繆爾在通用電器公司研究鎢燈絲。在測量各種氣體在低壓下，在鎢、鉑和其它金屬上的吸附過程中，他創(chuàng)始了外表物理化學(xué)的研究。他的研究成果主要包括化學(xué)吸附的現(xiàn)代概念和朗繆爾吸附等溫式。朗繆爾在其4篇文章中所包含的思想形成了考慮催化作用機理的根底，朗繆爾測量了各種氣體在清潔金屬上分子吸附速率，由氣體壓力他計算了氣體分子每秒與外表的碰

9、撞數(shù)，然后計算了碰撞分?jǐn)?shù)，即導(dǎo)出化學(xué)吸附的碰撞分?jǐn)?shù)粘附系數(shù)。朗繆爾測量了H2和O2、CO和O2在鉑上反響的速率，決定了它們的動力學(xué)級數(shù)，根據(jù)動力學(xué)數(shù)據(jù)提出反響機理。朗繆爾發(fā)現(xiàn)，H2和O2在鉑外表上是解離吸附，化學(xué)吸附限于一單分子層。1912年，希拉格準(zhǔn)確地測定了鉑及其它一些金屬的原子構(gòu)造，由此，朗繆爾可以第一次對催化活性中心進展詳細(xì)描繪。朗繆爾認(rèn)為：鉑的外表原子必須是在化學(xué)上沒有飽和，可以與氣相分子反響。用如今的述語，就是說，外表鉑原子沒有配位飽和。如今被稱為Lewis-Langmuir成對鍵的概念使朗繆爾遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超出用古老的親合力觀念所能解釋的問題范圍。朗繆爾還從他的動力學(xué)測量中推出CO的氧化

10、過程，首先是氧氣的解離吸附，接著是非吸附的CO與吸附態(tài)氧原子結(jié)合。他排除了吸附的CO與外表氧原子之間的化學(xué)反響。如今從在慕尼黑Ertl的研究工作中，顯示出，至少在很低的壓力下，反響包含著吸附的CO與外表氧原子反響。也就是說，朗繆爾否認(rèn)了如今經(jīng)常稱之為Langmuir-Hinshelwood機理，而承受了Pideal-Eley機理在正常壓力下，朗繆爾是正確的。朗繆在他的一篇法拉第學(xué)會論文中講到：“大部分科學(xué)家感覺到催化作用的本質(zhì)，如今幾乎與法技第時代一樣令人神秘莫測。但是,隨著我們對組成催化劑固體原子分子構(gòu)造的知識的不斷增加，我們會逐漸地對此外表反響機理獲得一個明晰的認(rèn)識。朗繆爾的研究工作，使化學(xué)家徹底地拋棄了催化力的觀念。由于對各種氣體在金屬外表上吸附的研究加深了對多相催化作用及其機理的理解，從而獲得1932年度諾貝爾化學(xué)