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關(guān)于催化劑的基本概念----阿拉丁試劑
過渡態(tài)理論[1]
過渡態(tài)理論，也稱活化復(fù)合體理論或絕對(duì)反應(yīng)速率理論，是對(duì)化學(xué)反應(yīng)和其他過程的研究，認(rèn)為它們是通過組成原子和分子的相對(duì)位置和勢能的連續(xù)變化來進(jìn)行的。在原子或分子的初始排列和最終排列之間的反應(yīng)路徑上，存在一種中間態(tài)，處于這個(gè)中間態(tài)時(shí)，勢能達(dá)到最大值。這個(gè)最大值對(duì)應(yīng)的構(gòu)型被稱為活化絡(luò)合物，它的狀態(tài)被稱為過渡狀態(tài)。過渡態(tài)能量與初始態(tài)能量的差值與反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)活化能密切相關(guān)；它表示反應(yīng)或流動(dòng)系統(tǒng)為進(jìn)行轉(zhuǎn)換必須獲得的最小能量。在過渡態(tài)理論中，活化絡(luò)合物被認(rèn)為是在與處于初始狀態(tài)的原子或分子的平衡狀態(tài)下形成的，因此可以確定其統(tǒng)計(jì)和熱力學(xué)性質(zhì)。達(dá)到終態(tài)的速率由形成的激活復(fù)合物的數(shù)量和它們進(jìn)入終態(tài)的頻率決定。對(duì)于簡單的系統(tǒng)，這些量可以用統(tǒng)計(jì)力學(xué)原理計(jì)算出來。用這種方法，化學(xué)或物理過程的速率常數(shù)可以用原子和分子的尺寸、原子質(zhì)量和原子間或分子間的力來表示。過渡狀態(tài)理論也可以用熱力學(xué)術(shù)語來表述。
圖1：勢能曲線
活化能是指在化學(xué)反應(yīng)中將反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的最小能量?；罨艿闹档扔谔幱谥虚g構(gòu)型（稱為過渡態(tài)或活化絡(luò)合物）的粒子與處于初始態(tài)的反應(yīng)物粒子之間的位能差。因此，活化能可以看作是反應(yīng)物在生成生成物之前必須克服的障礙。
反應(yīng)熱[2]
反應(yīng)熱，也叫反應(yīng)焓，在化學(xué)反應(yīng)過程中，為了使所有物質(zhì)在相同的溫度下存在，必須增加或除去的熱量。如果反應(yīng)系統(tǒng)容器中的壓力保持恒定值，則測量的反應(yīng)熱也表示隨反應(yīng)過程而發(fā)生的熱力學(xué)量的變化，稱為焓或熱含量。即反應(yīng)結(jié)束時(shí)物質(zhì)的焓與反應(yīng)開始時(shí)物質(zhì)的焓之差。因此，在恒壓下確定的反應(yīng)熱也被指定為反應(yīng)焓，用符號(hào)ΔH表示。若反應(yīng)熱為正，則稱該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；如果是負(fù)的，則是放熱的。
伴隨化學(xué)變化的熱效應(yīng)的預(yù)測和測量對(duì)于理解和運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)是很重要的。如果包含反應(yīng)系統(tǒng)的容器隔熱程度非常高，沒有熱量流入或流出系統(tǒng)（絕熱狀態(tài)），則伴隨轉(zhuǎn)化的熱效應(yīng)可能表現(xiàn)為溫度的升高或降低（視具體情況而定）。確切的反應(yīng)熱值對(duì)于正確設(shè)計(jì)化學(xué)過程中使用的設(shè)備是必要的。
因?yàn)閷?duì)每一個(gè)反應(yīng)進(jìn)行熱測量是不現(xiàn)實(shí)的，而且對(duì)某些反應(yīng)這樣的測量甚至可能是不可行的，所以習(xí)慣上是從已編制的標(biāo)準(zhǔn)熱數(shù)據(jù)的適當(dāng)組合來估計(jì)反應(yīng)的熱。這些數(shù)據(jù)通常采用標(biāo)準(zhǔn)生成熱和燃燒熱的形式。標(biāo)準(zhǔn)生成熱的定義是：當(dāng)1摩爾化合物由其組成元素形成時(shí)，每種物質(zhì)在其正常物理狀態(tài)（氣體、液體或固體），在25°C（77°F）和1大氣壓下吸收或演化的熱量。元素的生成熱可以隨意地賦值為零。標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的定義與此類似，即1摩爾物質(zhì)在過量的氧氣中燃燒時(shí)，在25°C和一大氣壓下所產(chǎn)生的熱量。從測量的生成熱和燃燒熱計(jì)算反應(yīng)熱的方法是基于熱總和的原理稱為赫斯定律。
圖2：催化和熱反應(yīng)（非催化）反應(yīng)的能量分布
?催化劑[3]
催化劑是在化學(xué)中經(jīng)常使用到的一種物質(zhì)，能在不消耗自身的情況下加快反應(yīng)進(jìn)度。酶是自然發(fā)生的催化劑，負(fù)責(zé)許多基本的生化反應(yīng)的進(jìn)程加速。
大多數(shù)固體催化劑是金屬或金屬元素以及半金屬元素硼、鋁和硅的氧化物、硫化物和鹵化物。氣態(tài)和液態(tài)催化劑通常以其純物質(zhì)形式或與適當(dāng)?shù)妮d體或溶劑結(jié)合使用；固體催化劑通常分散在其他被稱為催化劑載體的物質(zhì)中。
一般來說，催化作用是催化劑和反應(yīng)物之間的化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)中間體，這些中間體能夠更容易地相互反應(yīng)或與另一種反應(yīng)物反應(yīng)，以形成所需的最終產(chǎn)物。在化學(xué)中間體和反應(yīng)物之間的反應(yīng)中，催化劑被再生。催化劑和反應(yīng)物之間的反應(yīng)模式變化很大，在固體催化劑中往往是復(fù)雜的。典型的這些反應(yīng)有酸堿反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、配位絡(luò)合物的形成和自由基的形成。對(duì)于固體催化劑，反應(yīng)機(jī)理受到表面性質(zhì)和電子或晶體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈影響。某些固體催化劑，稱為多功能型催化劑，能夠與反應(yīng)物發(fā)生多種形式的相互作用；雙功能催化劑則被廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)的重整反應(yīng)。
催化反應(yīng)是許多工業(yè)化學(xué)過程的基礎(chǔ)，且催化劑制造本身就是一個(gè)快速發(fā)展的工業(yè)過程。
催化過程及其催化劑 | |
催化過程 | 對(duì)應(yīng)所使用的催化劑 |
氨的合成 | 鐵 |
硫酸的生產(chǎn) | 氮(II)氧化物、鉑 |
石油裂解 | 沸石 |
不飽和烴的加氫反應(yīng) | 鎳、鉑或鈀 |
汽車尾氣中碳?xì)浠衔锏难趸?/span> | 氧化銅、氧化釩、鉑、鈀 |
正丁烷向異丁烷的異構(gòu)化 | 氯化鋁、氯化氫 |
圖3：乙烯聚合工業(yè)中用到的齊格勒-納塔催化劑
乙烯氣體在壓力下被泵入反應(yīng)容器，在該反應(yīng)容器中，它在齊格勒-納塔催化劑的影響下，在溶劑存在下進(jìn)行聚合。一種由聚乙烯、未反應(yīng)的乙烯單體、催化劑和溶劑組成的漿液從反應(yīng)器中流出。未反應(yīng)的乙烯被分離并返回反應(yīng)器，而催化劑被酒精洗滌中和并過濾。多余的溶劑從熱水浴中回收并回收，干燥器將濕聚乙烯脫水為其最終的粉末形式。
化學(xué)中間體[4]
化學(xué)中間體，指在某些反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物過程中產(chǎn)生的任意化學(xué)物質(zhì)。大多數(shù)合成過程都涉及通過一系列步驟將一些現(xiàn)成的、通常價(jià)格較為低廉的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為所需的產(chǎn)品。一個(gè)步驟產(chǎn)生并用于后續(xù)步驟的所有物質(zhì)都被認(rèn)為是中間體。
除了在中間不穩(wěn)定分子生成時(shí)停止反應(yīng)的物質(zhì)可以作為產(chǎn)物回收的物質(zhì)外，有些化學(xué)物質(zhì)即使還沒有被分離出來，也已知或假設(shè)為中間體。在一般不穩(wěn)定的中間體的類別中，被研究最為充分的是自由基、碳烯和碳離子。這些中間體屬于是分子的高度活性碎片，通常只在很短的時(shí)間內(nèi)保持不結(jié)合。
參考文獻(xiàn)
1. Laidler, Keith J.. "transition-state theory". Encyclopedia Britannica, 23 Sep. 2019,?.
2. Britannica, The Editors of Encyclopaedia. "heat of reaction". Encyclopedia Britannica, 25 Aug. 2022,?.
3. Britannica, The Editors of Encyclopaedia. "catalyst". Encyclopedia Britannica, 30 Oct. 2022,?.
4. Britannica, The Editors of Encyclopaedia. "chemical intermediate". Encyclopedia Britannica, 20 Jul. 1998,?.
阿拉丁相關(guān)產(chǎn)品
產(chǎn)品貨號(hào) | 產(chǎn)品名稱 |
C105368? | 氯化銫 ,AR,≥99% |
H135562? | 氯鉑酸 水合物 ,99.995% trace metals basis |
C111683? | 氯化銅,二水 ,99.99% metals basis |
D105295? | 十二烷基三甲基氯化銨(DTAC) ,99% |
G109501? | 硝酸鎵(III) 水合物 ,99.9% metals basis |
H157071 | ?六氨基氯化鈷 ,>99.0%(T) |
H105309? | 十六烷基三甲基氯化銨(CTAC) ,97% |
I106504? | 氯化亞鐵，無水 ,99.5%,粉末 |
L107012 | ?硼氫化鋰四氫呋喃溶液(易制爆) ,2.0M in THF |
L107011? | 硼氫化鋰(易制爆) ,95% |
L108933? | 溴化鋰溶液 ,55 wt. % in H2O |
L101684? | 碳酸鋰 ,99.99% metals basis |
L298760? | 氯化鋰 ,無水級(jí),98% |
L130113? | 氯化鋰 ,無水級(jí),99.9% metals basis |
L104230? | 氟化鋰 ,99.9% metals basis |
N108314? | 氧化鎳 ,AR,99.0 % |
P116795? | 鈀碳 ,10%Pd,contains 40-60% H2O |
P116273? | 溴化鉀 ,SP,99% |
P116293? | 氟化鉀，無水 ,AR,powder,99.0% |
P105228? | 氯鉑酸鉀 ,98% |
P123846? | 氯鉑酸鉀 ,99.9% metals basis |
P112221 | ?磷酸氫二鉀,無水 ,色譜級(jí),≥99.0%(T) |
R109233? | 三氯化銠(III) 水合物 ,Rh 38.5-42.5% |
S111733? | 無水碳酸鈉 ,GR,≥99.8% |
S111736? | 無水碳酸鈉 ,99.99% metals basis |
S110860? | 氫化鈉 ,60% dispersion in mineral oil |
S105269? | 高氯酸鈉，無水(易制爆) ,99.99% metals basis |
S105271 | ?高氯酸鈉，無水(易制爆) ,色譜級(jí),99.0% |
S109393? | 高氯酸鈉 一水合物(易制爆) ,AR，99% |
T105045? | 四丁基氫氧化銨溶液 ,10% in H2O |
T100882? | 四甲基氫氧化銨 ,AR,25%水溶液 |
T105417? | 二氧化鈦 ,99.99% metals basis |
T103857 | ?三氧化鎢 ,99.8% metals basis |
Z112532? | 氯化鋅 ,99.95% metals basis |
Z100682? | 三氟甲烷磺酸鋅 ,98% |
Z106340? | 正丙醇鋯 ,70 wt. % 正丙醇溶液 |
M164461? | [2-(甲基丙烯?；趸?/span>)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氫氧化銨 ,≥97% |
C105060? | 碳酸銫 ,99.99% metals basis |
C105063? | 碳酸銫 ,99.9% metals basis |
C111535 | ?氯化鈉 ,GR,99.8% |
M118110? | 二氧化錳 ,99% metals basis |
P116279 | ?碘化鉀 ,AR,≥99.0% |
