为什么催化剂被看作是化学工业的点金石?

科普中国网 2018-06-18

     

  1924年6月18日,美籍比利时化学家布德特出生于布鲁塞尔,他的主要研究多相催化反应。他的发现使化学催化机理有了进一步深入发展。那么,为什么催化剂被看作是化学工业的点金石?

  催化剂是一种能改变化学反应速度的物质,但其本身的组成和数量在反应前后并不发生变化。

  催化剂在化工生产中十分重要,它能几倍、几十倍、甚至几百倍地缩短反应所需的时间,提高生产效率。例如化工厂在合成化肥氨时,常常选用以铁为主体的多成分物质为催化剂,让氮气和氢气的混合气通过该催化剂的表面,从而顺利地化合成氨。如果没有催化剂的帮助,在相同的温度、压强等条件下,合成氨的反应速度就变得非常缓慢,以至难于进行大批量的生产。

  催化剂还有选择化学反应的历程的本领,它能使化工生产中的各步反应,按照人们设计的特定路线顺利进行。例如以乙醇(酒精)为原料,当选用不同的催化剂和反应温度时,就会得到完全不同的产物:如选用银为催化剂,加热到550℃,乙醇就转变成乙酸;如选用氧化铝为催化剂,加热到350℃,乙醇会转变成乙烯;如改用氧化锌和三氧化二铬的混合物为催化剂,加热到450℃,乙醇就转变为丁二烯;如再改用浓硫酸为催化剂,加热到130~140℃,乙醇又转变成乙醚了。由此可见,催化剂在化工生产中是多么重要!难怪有人会把催化剂比喻为化学工业的点金石了。

  其实,催化剂的应用早已经跨出了化工厂的大门。例如,城市空气污染源之一的汽车尾气,其主要有害成分为氮氧化物、一氧化碳及残余烃等。现在科学家已经找到一种催化剂,并制成相应的催化转化器,接在汽车排气管上。汽车尾气经该催化转化器处理后,其中的残余烃和一氧化碳能变成二氧化碳和水,而氮氧化物则被转变成氮气。再如,衣服上沾上血渍、汗渍后,往往较难洗净。有了加酶洗衣粉,衣服上的血渍、汗渍无需搓洗就会自行分解并溶解在水中。洗衣粉中所加的酶,就是一种生物催化剂。

  在大自然中,有些生物酶还能利用太阳光的能量,把水分解成氢气和氧气,或把空气中的二氧化碳和水转变为各种碳水化合物。氢气是最为清洁高效的能源之一,而太阳光和水则取之不尽,由催化剂作用,能将水变为氢燃料,或将水和二氧化碳变成各种饲料甚至是人类的高级营养食品。如果生物催化剂的作用真能达到这样的效果,可能会给人类的生活带来极大的改变。

  关键词:催化剂 生物催化剂 化学工业

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责任编辑:杨茗

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