在化学领域中，我们将催化作用定义为一种通过特定物质的存在来影响化学反应速率的过程。这些特定的物质被称为催化剂。值得注意的是，催化剂在整个化学反应中永远不会被消耗。
催化剂会改变反应的活化能，即反应发生所需的能量，从而改变反应的速率。通常情况下，催化剂会降低化学反应的活化能，这一过程即被称为催化作用。
目录
- 什么是化学催化作用？
- 催化机理
- 催化作用的类型
- 自催化作用
- 酸碱催化
- 催化理论
什么是化学催化作用？
催化作用是一种可以加速或减缓化学反应的过程。这种能在反应结束时改变反应速率而不被自身消耗的物质，就是我们所说的催化剂。
化学催化作用是指由于加入催化剂而增加或减少化学反应速率的过程，催化剂在反应中不会被消耗，并且可以被多次使用。每一种化学反应都需要克服一定的能量壁垒才能进行，这种能量被称为反应的活化能。催化剂通过改变化学反应的活化能，进而增加或减少反应的速率。
催化作用的定义
催化作用通常被定义为能够提高反应速率并使化学反应进行得更快的过程。
催化作用示例
以下是关于催化作用的一些反应示例：
\mathrm{N}2(\mathrm{~g})+\mathrm{O}2(g) \stackrel{\mathrm{Fe}(\mathrm{s})}{\longrightarrow} 2 \mathrm{NO}_3(g)
2 \mathrm{SO}2(\mathrm{~g})+\mathrm{O}2(\mathrm{~g}) \stackrel{\mathrm{V}2 \mathrm{O}5(\mathrm{~s})}{\longrightarrow} 2 \mathrm{SO}_3(\mathrm{~g})
催化机理
我们知道催化剂能降低反应的活化能并提高反应速率。我们可以通过以下五个步骤的过程来定义催化机理：
步骤 1： 首先，反应物分子扩散到催化表面。
步骤 2： 接着，反应物分子吸附在催化表面上。
步骤 3： 随后，在催化表面上形成中间分子。
步骤 4： 然后，产物分子从催化表面解吸。
步骤 5： 最后，产物分子从催化表面扩散，形成最终产物。
催化作用的类型
我们可以将催化作用轻松地分为两个不同的类别：
- 均相催化
- 多相催化
均相催化
当反应物和催化剂彼此处于相同的相态（即固态、液态或气态）时，我们称之为均相催化。
以下是均相催化的一些例子：
- 在铅室法中，二氧化氮在氮氧化物作为催化剂的存在下，被氧气氧化为三氧化硫。
> 2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g) {在 NO(g) 存在下}
在这个例子中，反应物、产物和催化剂都处于相同的相态或气态。
- 糖的水解反应由硫酸产生的 H+ 离子催化。
> C12H22O11(l) + H2O(l) → C6H12O6(l) + C2H12O6(l) {在 H2SO4(l) 存在下}
多相催化
多相催化是指反应物和催化剂处于不同相态的催化过程。
以下是多相催化的一些例子：
- 在接触法生产硫酸的过程中，二氧化硫在铂金属或五氧化二钒作为催化剂的条件下被氧化成三氧化硫。虽然反应物是气态的，但催化剂是固态的。
> SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g) {在 Pt(s) 存在下}
- 在哈伯法中，氮气和氢气在细微铁粉作为催化剂的存在下结合生成氨气。
> N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) {在 Fe(s) 存在下}
- 在奥斯特瓦尔德法中，氨气在铂网作为催化剂的条件下转化为一氧化氮。
> 4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2(g) {在 Pt(s) 存在下}
除此之外，还有两种类型的催化作用：
- 正催化
- 负催化
正催化
当某种外来物质加速了反应的进程时，该物质被称为正催化剂，这种现象被称为正催化作用。