前面已经知道,催化剂是一种能够改变化学反应速率,而其本身并没有发生变化的物质。可以看出,催化剂的本质是影响反应速率的变化,它属于一个动力学概念。同样,我们对反应速率这个概念也不陌生,因为随时随地都可感受到它的存在。炒菜、烧饭有速度问题,同样,饭后清洗餐具也有一个速度问题。有些人比较快,我们就可以说他清洗餐具速度快。他之所以较快,可能在于他只专注于正在做的事情,没有在其他事情上浪费时间,也可能就是因为他的动作比其他人快而已。
同样,一个催化剂可以加速某一个特定的反应,而不影响其他的过程。对一个给定的混合进料反应系统,有很多反应可能发生,但是当我们一一列出、计算后会发现,其中有一些反应在热力学上是不能发生的。剩下的就是催化剂能够发生作用的反应,而其中只有一个或数个是我们最关注的目标反应。催化剂的作用就是尽最大限度地促进目标反应的进行,提高预期产物与副产物的比值,这就是催化剂选择性的一个重要量度。
在厨房,我们以做饭所花费的时间来衡量速率。例如,在烤架上烤肉排,半熟大约需要5min,熟透大约需要15min。其他的食物可能要花费更长的时间。
我们可以使用温度更高的火来加速烘烤过程,这也是很多化学反应的特征。当升高温度时,反应得以加快。但是温度过高就会发现当里面的肉熟透时,肉排的表面已经烧焦了。烧焦是发生副反应的一个很好的例子。当我们仅仅用加热的方法来加速反应时,这些副反应会突然加速并使整个反应变得异常复杂。而采用催化剂则能选择性地加速某一特定反应,从而避免在高温时不需要的副反应发生。
一个化学反应对温度的敏感程度可以通过活化能来进行判断。活化能越高,反应对温度的敏感程度越强。
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