催化劑曾稱觸媒,是一類能改變化學(xué)反應(yīng)速率而在反應(yīng)中自身并不消耗的物質(zhì)。有機過氧化物受熱時,過氧鍵發(fā)生均裂分解成兩個自由基,能引發(fā)單體進行自由基聚合,但最終進入聚合物分子鏈中而被消耗。嚴(yán)格地講,它不是催化劑而是引發(fā)劑。催化劑通過若干個基元步驟不間斷地重復(fù)循環(huán),參加并加速熱力學(xué)可行反應(yīng)的速率,不能改變該反應(yīng)的平衡常數(shù),而在循環(huán)的最終步驟恢復(fù)為其原始狀態(tài)。催化劑不僅能加速具有重要經(jīng)濟價值但速率極慢的反應(yīng)(如由氮及氫直接合成氨),還能選擇加速所希望產(chǎn)物的生成反應(yīng)(如乙烯氧氯化只生成二氯乙烷)。多數(shù)具有重要工業(yè)意義的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程都是在催化劑作用下進行的,生物體內(nèi)的化學(xué)轉(zhuǎn)化(新陳代謝過程)也是利用酶或有機體作為催化劑來實現(xiàn)的。
催化是一門科學(xué),也是一門技術(shù)或藝術(shù),催化反應(yīng)的種類和數(shù)目與日俱增,同一種催化劑可以催化出不同的反應(yīng)產(chǎn)物,而不同的催化劑也可催化出相同的反應(yīng)產(chǎn)物,因此很難對催化劑作出嚴(yán)格分類,而是從不同的研究或應(yīng)用角度作出大致分類。
按催化反應(yīng)的物相體系分類
根據(jù)催化劑的作用狀況,催化作用可分為均相催化及非均相催化(或稱多相催化)兩類。均相催化是在氣相或溶液中進行,催化劑是分子或離子;多相催化則發(fā)生在催化劑表面上。以酶為催化劑的酶催化實質(zhì)上也屬于均相催化,但習(xí)慣上將其單獨列為酶催化。
(1)均相催化劑
均相反應(yīng)又稱單相反應(yīng),是在同一相中進行的化學(xué)反應(yīng),如氣相反應(yīng)及液相反應(yīng)。氣相反應(yīng)的特點是反應(yīng)物分子直接按一定的反應(yīng)機理進行反應(yīng),如:
液相反應(yīng)的特點是液相的密度比氣相大,而且反應(yīng)分子被溶劑分子隔開,必須通過擴散才能相遇,然后發(fā)生反應(yīng)。通常,液相反應(yīng)的反應(yīng)機理遠比氣相反應(yīng)復(fù)雜。所謂均相催化則是催化劑和反應(yīng)物同處在均勻的氣相或液相中所進行的催化作用。如一氧化氮催化二氧化硫
氧化成三氧化硫的反應(yīng):
催化劑NO與反應(yīng)物同處于氣態(tài)。又如硫酸催化乙醇和乙酸酯化生成乙酸乙酯的反應(yīng):
催化劑硫酸與反應(yīng)物均處于液相。
上述NO是氣相均相催化劑,是液相均相催化劑。除上述氣相催化反應(yīng)及液相催化反應(yīng)外,非水溶液的配位催化也是近期發(fā)展很快的一類均相催化,如由羰基鈷或銠膦配合物催化烯烴和一氧化碳及氫轉(zhuǎn)化成醛的羰基合成反應(yīng):
配位催化所使用的催化劑是可溶的有機金屬化合物。這類催化劑具有高活性、高選擇性、有明確設(shè)計的結(jié)構(gòu)、易于研究從始態(tài)到終態(tài)的反應(yīng)全過程等特點。
均相催化劑在催化體系中是以獨立的分子形態(tài)而分散的,其活性中心也是以獨立的分子形態(tài)存在,因此易于用現(xiàn)代譜儀手段獲得原位反應(yīng)過程中的信息,可對反應(yīng)機理作出較確切的描述。但均相催化劑與產(chǎn)物難以分離,催化劑回收困難,有些催化劑對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重,因而均相催化劑的應(yīng)用不如多相催化劑那樣廣泛。
(2)多相催化劑
多相反應(yīng)又稱非均相反應(yīng),是在多相物系的各相間進行的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)一般在兩相間的界面上進行,按相界面不同可分為氣-固、液-固、氣-液、液-液及固-固相反應(yīng)。多相催化是指催化劑和反應(yīng)物處在不同相的催化作用,相間組合方式多是催化劑為固體,反應(yīng)物為氣體、液體或氣體加液體,或催化劑為液體,反應(yīng)物為氣體,而其他組合方式在催化反應(yīng)中很少出現(xiàn)。
圖1-1 多相催化反應(yīng)各步驟示意
多相催化中應(yīng)用是固體催化劑體系,即催化劑是固體,反應(yīng)物是氣體或液體,反應(yīng)物分子必須從反應(yīng)物相轉(zhuǎn)移到固體催化劑的表面上才能發(fā)生催化作用。從反應(yīng)物到產(chǎn)物一般經(jīng)歷如圖1-1所述五個串聯(lián)步驟:①反應(yīng)物分子從氣(或液)相擴散到催化劑表面及孔道中:②反應(yīng)物分子(至少一種)化學(xué)吸附在催化劑孔道內(nèi)表面上:③吸附的反應(yīng)物分子發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng),包括吸附分子之間的反應(yīng),吸附分子的分解或吸附分子與氣相分子發(fā)生反應(yīng);④反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面解吸或脫附;⑤解吸的反應(yīng)產(chǎn)物分子從孔內(nèi)擴散至氣(或液)相。其中①、⑤為物理過程,②~④為表面進行的化學(xué)過程,與反應(yīng)工藝條件及催化劑表面結(jié)構(gòu)及組成等因素有關(guān)。其中吸附是多相催化的基本步驟,而起主要作用的是化學(xué)吸附,它能使被吸附分子的化學(xué)鍵和電子分布發(fā)生變化,有利于進一步在表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但化學(xué)吸附強度也須適中,吸附太強會使催化劑中毒,吸附太弱反應(yīng)物分子未能被活化,催化活性也就不高。吸附強度通??捎梦綗醽矶攘?。
多相催化劑由于使用壽命長,容易活化、再生,便于工業(yè)應(yīng)用,產(chǎn)品質(zhì)量高,所以,大多數(shù)重要的工業(yè)催化過程都使用這類催化劑。
(3)酶
酶是由生物細胞產(chǎn)生的,具有催化化學(xué)反應(yīng)功能的生物催化劑。生物體內(nèi)存在兩類生物催化劑,一類是以蛋白質(zhì)為主要成分的生物催化劑稱為酶,另一類是以核糖核酸為主要成分的生物催化劑稱為核酶。酶主要催化生物體內(nèi)糖、蛋白質(zhì)、核酸和酯類等物質(zhì)的合成與分解代謝;核酶則主要催化核糖核酸的剪接反應(yīng)。生物體內(nèi)發(fā)生的化學(xué)變化主要是在酶的作用下進行。通常酶是以親液膠體形式存在,酶分子大小約為3~100nm,酶催化可歸屬為介于均相與多相之間的微多相催化。根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型,將酶分為六大類:氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂合酶、異構(gòu)酶、連接酶。迄今為止,人們已發(fā)現(xiàn)和鑒定出2000多種酶,其中有200多種已得到了結(jié)晶。
酶既有一般催化劑的共性,又有催化效率高、高度專一性、活性受多種因素調(diào)節(jié)控制、作用條件溫和及不穩(wěn)定等特點。與其他催化劑一樣,酶也只能催化和加速熱力學(xué)上可能進行的反應(yīng),不影響反應(yīng)的熱力學(xué)平衡常數(shù)。但酶催化的反應(yīng)速率比非酶催化的反應(yīng)速率要快106~1012倍。如人體消化道中沒有酶,消化一餐食物要花費50年的時間。酶可在溫和條件下進行催化反應(yīng),反應(yīng)溫度為20~40℃,一般為30℃左右,反應(yīng)pH值為5~8,一般為7左右。在這樣的反應(yīng)條件下,可減少許多不必要的副反應(yīng)發(fā)生,而傳統(tǒng)的化學(xué)催化反應(yīng),常會發(fā)生某些副反應(yīng)。此外,酶催化劑的用量很少,一般化學(xué)催化劑的用量是0.1%~1%(摩爾),而酶催化反應(yīng)中酶的用量為10-4%~10-3%(摩爾)。顯然,酶促反應(yīng)是節(jié)省資源又無公害的理想反應(yīng),但酶由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,目前還難于人工制備,而酶的研究及模擬對于闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有重大意義。
產(chǎn)品介紹
SSC-PB60光化學(xué)實驗箱,有效的內(nèi)部使用空間,通風(fēng)散熱、內(nèi)外電源插座、多樣化的接口、結(jié)構(gòu)設(shè)計更人性化,使用更加方便??膳浜隙喾N光源、儀器使用,是光催化反應(yīng)防護的選擇。SSC-PB60光化學(xué)實驗箱可應(yīng)用于光化學(xué)催化、光化學(xué)合成、降解等實驗避光通風(fēng)防護,也可以應(yīng)用于一些常規(guī)實驗的安全防護。
1) 內(nèi)置可調(diào)節(jié)式隔板,可以放置光源,用于頂照光催化實驗;
2) 箱體正面的右側(cè)開門,中間有觀察窗,搭配深色有機玻璃,可安全觀察實驗反應(yīng)
3) 箱體設(shè)有多個開孔,方便循環(huán)水、光源引線、外置光源的進出。內(nèi)置光源有獨立的散熱窗口,避免了阻塞風(fēng)路的問題;
4) 箱體后面內(nèi)嵌對開工作插排,可同時為箱體內(nèi)、外用電設(shè)備供電;右側(cè)有總電源開關(guān)(內(nèi)置保險220V/8A);
5) 箱體配有散熱風(fēng)扇,可有效降低內(nèi)部溫度;
6) 箱體內(nèi)部為黑色吸光設(shè)計,一定程度上阻止了光反射現(xiàn)象,使反應(yīng)物受光更均勻。
7) 正面設(shè)計有觀察窗(可隔斷紫外和大部分可見光),便于對反應(yīng)進行觀察。
8) 箱體尺寸:寬350mm*深420mm*高600mm
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