催化作用

由於催化劑的介入而加速或減緩化學反應速率的現象稱為催化作用。在催化反應中，催化劑與反應物發生化學作用，改變了反應途徑，從而降低了反應的活化能，這是催化劑得以提高反應速率的原因。如化學反應A+B→AB，所需活化能為E，加入催化劑C後，反應分兩步進行，所需活化能分別為F，G，其中F，G均小於E。

基本介紹

• 中文名：催化作用
• 外文名：catalysis
• 性質：科學
• 類別：化學

催化原理

A+C→AC

AC+B→AB+C

這兩步的活化能都比E值小得多。根據阿倫尼烏斯公式k=Ae-E/RT，由於催化劑參與反應使E值減小，從而使反應速率顯著提高。

也有某些反應，催化劑參與反應後，活化能E值改變不大，但指前因子A值明顯增大（或解釋為活化熵增大），也導致反應速率加快。

催化作用類型

催化作用可分以下幾種類型：①均相催化。催化劑與反應物均處於同一相中的催化作用，如均相酸鹼催化、均相絡合催化等。均相催化大多在液相中進行。均相催化劑的活性中心比較均一，選擇性較高，副反應較少，但催化劑難以分離、回收和再生。

②多相催化。發生在兩相界面上的催化作用。通常催化劑為多孔固體，反應物為液體或氣體。在多相催化反應中，固體催化劑對反應物分子發生化學吸附作用，使反應物分子得到活化，降低了反應的活化能，而使反應速率加快。固體催化劑表面是不均勻的，只有部分點對反應物分子發生化學吸附，稱為活性中心。工業生產中的催化作用大多屬於多相催化。

③生物催化。生物體內在酶作用下進行的催化反應。酶的催化作用具有高選擇性、高催化活性、反應條件溫和等特點，但受溫度、溶液中的pH值、離子強度等因素影響較大。

④自動催化。反應產物的自我催化作用。在一些反應中，某些反應的產物或中間體具有催化功能，使反應經過一段誘導期後速率大大加快。自催化作用是發生化學振盪的必要條件之一。

其他還有電催化、光助催化、光電催化等......

酸鹼催化作用

概述

英文名稱：acid-base catalysis

是以酸鹼做催化劑的催化。反應物分子與酸鹼相接觸，或吸附在催化劑固體表面的酸鹼部位上，就會發生酸鹼反應，形成活性中間絡合物，然後再分解出產物，使催化劑復原。

類別

①均相酸鹼催化反應：主要有水解、水合、縮合、酯化、烷基化、重排等（多為液相）。例如，乙烯在硫酸催化劑的作用下水合為乙醇；環氧氯丙烷在氫氧化鈉催化劑的作用下水解為甘油；苯和鹵代烴在三氯化鋁催化劑的作用下烷基化為烷基苯。

②多相酸鹼催化反應：主要有烯烴聚合、催化裂化、烯烴和烷烴的異構化、縮合、加成、歧化等（催化劑為固相）。例如，烷烴在 REY 分子篩和（或）矽鋁膠上催化裂化為汽油和 C3 、 C4 氣體；苯和乙烯在固體磷酸上烷基化為乙苯；丙烯在硫酸鎳上低聚；烯烴在固體鹼（碳酸鈉或碳酸鉀）催化作用下二聚等等。

有些反應既可酸催化也可鹼催化，唯產物不完全相同。例如，芳烴和單烯在酸催化下反應生成的產物是烷基加到芳香環上生成的，而鹼催化作用則使芳烴的側鏈烷基化。又如，在酸或鹼催化作用下，烯烴可發生順、反異構化和雙鍵異構化反應，而僅在酸催化作用下尚可發生骨架異構化反應。

③布侖斯惕酸鹼催化反應

④路易斯酸鹼催化反應

按催化劑分類

若催化劑為酸或含有酸中心，則反應物分子必須含有易於接受質子或給出電子對的原子或基團；若催化劑為鹼或含有鹼中心，則反應物分子必須易於給出質子或接受電子對。此外，針對不同的催化反應，反應物分子在催化劑表面的吸附能力和催化活性還隨催化劑酸鹼性質的不同而異。酸鹼催化反應須在特定種類的酸鹼中心上進行，並需要一定的酸強度範圍。酸鹼催化作用在均相催化或多相催化中均有套用，是液相催化中最常見的催化作用，在化學工業中套用很廣。

固體酸鹼中心

固體酸鹼中心 固體有兩種酸中心：路易斯酸中心和布侖斯惕酸中心，另外還有鹼中心。路易斯酸中心正像分子路易斯酸一樣，具有未被占據的軌道，對電子對有較高的電子親合勢。路易斯鹼中心的一個高能級上有電子對，如果它和一個被吸附的電子接受體二者只有此電子對，則能量將降低。布侖斯惕酸中心具有釋放一個質子的傾向。固體酸鹼種類繁多，如載於固體上的液體酸鹼，金屬氧化物（如氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋅）、硫化物（如硫化鋅、硫化鈣）和氯化物（氯化汞、氯化銅、氯化鋁），混合氧化物（如氧化鋁-氧化矽、氧化矽-氧化鎂），沸石和金屬硫酸鹽、磷酸鹽等。現以氧化鋁、脫陽離子沸石為例，說明路易斯酸、布侖斯惕酸和鹼中心的各自成因。氧化鋁是由水合氧化物受熱脫水而產生：此路易斯酸中心易吸水變為布侖斯惕酸中心：