基本介紹
- 中文名：催化劑
- 外文名：catalyst
基本定義,一般定義,其他定義,催化反應,實際用途,製造方法,
基本定義
催化劑自身的組成、化學性質和質量在反應前後不發生變化；它和反應體系的關係就像鎖與鑰匙的關係一樣，具有高度的選擇性（或專一性）。一種催化劑並非對所有的化學反應都有催化作用，例如二氧化錳在氯酸鉀受熱分解中起催化作用，加快化學反應速率，但對其他的化學反應就不一定有催化作用。某些化學反應並非只有唯一的催化劑，例如氯酸鉀受熱分解中能起催化作用的還有氧化鎂、氧化鐵和氧化銅等等。而且一個化學反應並不只有一種催化劑，例如氯酸鉀製取氧氣時還可用紅磚粉或氧化銅等做催化劑。
一般定義
國中課本上定義：在化學反應里能改變（加快或減慢）其他物質的化學反應速率，而本身的質量和化學性質在反應前後（反應過程中會改變）都沒有發生變化的物質叫做催化劑，又叫觸媒。其物理性質可能會發生改變，例如MnO2在催化氯酸鉀生成氯化鉀和氧氣的反應前後由塊狀變為粉末狀。
其他定義
也有一種說法，催化劑參與化學反應。在一個總的化學反應中，催化劑的作用是降低該反應發生所需要的活化能，本質上是把一個比較難發生的反應變成了兩個很容易發生的化學反應。在這兩個反應中，第一個反應中催化劑扮演反應物的角色，第二個反應中催化劑扮演生成物的角色，所以說從總的反應方程式上來看，催化劑在反應前後沒有變化。例如：
CFC破壞臭氧，其實就是它先於臭氧反應生成一個原子氧和一個複雜的化合物，然後另外一個臭氧分子和那個化合物反應生成一個原子氧和CFC，然後2個原子氧反應變成一個氧氣分子。所以CFC在總反應前後沒有變化，在總反應中，我們可以認為CFC充當催化劑使臭氧分子變成氧氣分子，但其實CFC參與化學反應。
KClO3制氧氣加入MnO2，可發生下列反應：
2KClO3+2MnO2==加熱2KMnO4+Cl2↗+O2↗,2KMNnO4==加熱K2MnO4+MnO2+O2↗,K2MnO4+Cl2==加熱2KCl+MnO2+O2 ↗
一般來說，催化劑是指參與化學反應中間歷程的，又能選擇性地改變化學反應速率，而其本身的數量和化學性質在反應前後基本保持不變的物質。通常把催化劑加速化學反應，使反應儘快達到化學平衡的作用叫做催化作用。
催化反應
人們利用催化劑，可以改變化學反應的速率，這被稱為催化反應。大多數催化劑都只能加速某一種化學反應，或者某一類化學反應，而不能被用來加速所有的化學反應。催化劑並不會在化學反應中被消耗掉。不管是反應前還是反應後，它們都能夠從反應物中被分離出來。不過，它們有可能會在反應的某一個階段中被消耗，然後在整個反應結束之前又重新產生。
使化學反應加快的催化劑，叫做正催化劑；使化學反應減慢的催化劑，叫做負催化劑。例如，酯和多糖的水解，常用無機酸作正催化劑；二氧化硫氧化為三氧化硫，常用五氧化二釩作正催化劑，這種催化劑是固體，反應物為氣體，形成多相的催化作用，因此，五氧化二釩也叫做觸媒或接觸劑；食用油脂里加入0.01%～0.02%沒食子酸正丙酯，就可以有效地防止酸敗，在這裡，沒食子酸正丙酯是一種負催化劑(也叫做緩化劑或抑制劑)。
目前，對催化劑的作用還沒有完全弄清楚。在大多數情況下，人們認為催化劑本身和反應物一起參加了化學反應，降低了反應所需要的活化能。有些催化反應是由於形成了很容易分解的“中間產物”，分解時催化劑恢復了原來的化學組成，原反應物就變成了生成物。有些催化反應是由於吸附作用，吸附作用僅能在催化劑表面最活潑的區域(叫做活性中心)進行。活性中心的區域越大或越多，催化劑的活性就越強。反應物里如有雜質，可能使催化劑的活性減弱或失去，這種現象叫做催化劑的中毒。
催化劑對化學反應速率的影響非常大，有的催化劑可以使化學反應速率加快到幾百萬倍以上。催化劑一般具有選擇性，它僅能使某一反應或某一類型的反應加速進行。例如，加熱時，甲酸發生分解反應，一半進行脫水，一半進行脫氫：
HCOOH=H2O+CO
HCOOH=H2+CO2
如果用固體Al2O3作催化劑，則只有脫水反應發生；如果用固體ZnO作催化劑，則脫氫反應單獨進行。這種現象說明，不同性質的催化劑只能各自加速特定類型的化學反應過程。因此，我們利用催化劑的選擇性，可使化學反應主要向某一方向進行。
在催化反應里，人們往往加入催化劑以外的另一物質，以增強催化劑的催化作用，這種物質叫做助催化劑。助催化劑在化學工業上極為重要。例如，在合成氨的鐵催化劑里加入少量的鋁和鉀的氧化物作為助催化劑，可以大大提高催化劑的催化作用。
實際用途
在化工生產、科學家實驗和生命活動中，催化劑都大顯身手。例如，硫酸生產中要用五氧化二釩作催化劑。由氮氣跟氫氣合成氨氣，要用以鐵為主的多分組催化劑，提高反應速率。在煉油廠，催化劑更是少不了，選用不同的催化劑，就可以得到不同品質的汽油、煤油。化工合成酸性和鹼性色可賽思催化劑。車尾氣中含有害的一氧化碳和一氧化氮，利用鉑等金屬作催化劑可以迅速將二者轉化為無害的二氧化碳和氮氣。酶是植物、動物和微生物產生的具有催化能力的蛋白質，生物體的化學反應幾乎都在酶的催化作用下進行，釀造業、製藥業等都要用催化劑催作。
我們可在波茲曼分布（Boltzmann distribution）與能量關係圖（energy profile diagram）中觀察到，催化劑可使化學反應物在不改變的情形下，經由只需較少活化能（activation energy）的路徑來進行化學反應。而通常在這種能量下，分子不是無法完成化學反應，不然就是需要較長時間來完成化學反應。但在有催化劑的環境下，分子只需較少的能量即可完成化學反應。
