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催化剂概念的演变和发展

作者：陈寅等来源：发布时间：2019年01月15日点击数：

上海市复兴高级中学 200434 陈寅

上海复旦大学化学系 200433 姚子鹏

近年来有文章在讨论催化剂的概念时指出:催化剂是在化学反应中能增大反应速率的物质的提法不妥，认为应当将“增大”表述为“改变”更为妥当。并进一步提出:催化剂包括正催化剂和负催化剂，在化学反应中能减慢化学反应速率，但本身的化学性质和质量在反应前后都没有发生改变的物质，同样也称为催化剂。

笔者认为上述提法是一种离开了科学发展的、过时了的观点。

一、催化和催化剂

“催化”顾名思义是催促化学反应，加快化学反应的进行。“催化”一词是 1835 年瑞典化学家J． J． Berzelius 首先引用到化学学科中来的。

1902 年德国化学家 F． W． Ostwald 将“催化”定义为:加速化学反应而不影响化学平衡的作用。

现代化学对于催化剂的正确表述为:“能显著提高化学反应速率，其自身的组成和数量在反应前后保持不变的物质称为催化剂。催化剂改变化学反应速率的作用称催化作用，它本质上是一种化学作用。”

催化剂为什么能加速化学反应进行呢? 这是因为在催化反应过程中，至少有一种反应物与催化剂发生了某种形式的化学作用。由于催化剂的介入，化学反应改变了进行的途径，而新的途径需要的活化能较低。降低化学反应的活化能就是催化得以提高化学反应速率的根本原因。例如，强酸可以催化羧酸和醇的酯化反应，这是由于强酸电离的质子参与了酯化反应，使羧酸质子化，质子化了的羧酸更易与醇的羟基上的氧原子结合，生成中间体的能量降低，因而降低了活化能，加快了酯化反应的进行。而该强酸在反应前后没有发生变化。

二、负催化剂的提出和修正

在 20 世纪 50 年代以前，由于发现了一些物质可以终止自由基反应，有的物质可以降低催化剂的催化效应，因此有人提出了“负催化剂”的概念。化学发展的事实表明这种提法是不妥的。可以终止自由基反应的物质，往往是一种可以跟自由基结合或本身变成稳定自由基的物质。这种物质在反应前后的结构和性质都发生了改变，现在把它称为自由基的淬灭剂或抑制剂。

由催化剂带进反应而降低催化剂催化活性的物质，在反应前后发生了改变，现在称之为催化反应的抑制剂。若是由反应物带进催化反应而降低反应速率的物质，它能使催化剂中毒，现在称其为催化毒物，其在反应前后发生了改变。例如，硫化氢就是铂催化剂的毒物。因此，不可能找到既能提高化学反应的活化能，其本身又在反应前后不变的物质。

美国《不列颠百科全书》中关于催化剂和催化反应也有如下表述:能增加反应速率而其本身并不消耗的物质。为降低化学反应的速率向反应中添加的另外物质称为抑制剂，这种作用称为抑制或阻滞作用，有时也称为负催化反应。

因此，20 世纪 60 年代以后在科学界已经基本不再讨论“负催化剂”了。如果现在还有教科书提到“负催化剂”或把催化剂的概念讲成是“改变化学反应速率的物质”那么就可能需要进行修改了。

综上所述，有些使反应减慢的物质曾被称为“负催化剂”，例如链反应中加入的抑制剂或催化反应中的毒物，研究表明，它们本身也发生了变化，故相应改称为抑制剂或催化毒物。