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催化作用概念的产生 王海增 催化作用是中学化学和大学化学中经常应用的概念之一。本文将论述催化作 用概念的产生及其在不同阶段人们对它的认识。 催化作用概念不可能在化学变化、化学反应这些概念出现以前就产生。化学 变化的概念则建立在拉瓦锡( Lavoisier ）提出的质量守恒定律和化学元素的概念 的基础之上。因此，尽管催化现象在18 世纪就已知道，但是当初不可能把它们 看作是专门的一类反应。最早清楚地认识到催化现象的是基尔霍夫（G.S.C Kirchoff ），他在1814 年研究了酸催化淀粉水解为葡萄糖的反应，尽管当时还没 有催化作用这个词。随后不久，戴维（Sir Hum Phry Davy ）在1814 年发现了 煤气在铂上进行氧化反应，这是一个多相催化反应，他详细描述了这个反应过程。 在以后一段时间里，一些人继续研究铂上的氧化反应。泰纳（Thenard) 发现溶 液中或以分离相存在的某种少量物质会促进过氧化氢分解。 1834 年，法拉第( Faraday ）发表了一篇关于氢气和氧气在铂箔上反应的著名 文章，他表征并评价了催化剂的催化活性、失活、中 毒和活化，同时进行了一 些反应动力学研究。尽管动力学测量比较粗糙，但是由此却能够导出一些重要结 论。他认为氢气和氧气在铂表面上聚集而相互接近，从而导致反应的发生。铂本 身不能使任何微粒结合，铂的作用仅仅是把反应物紧密地吸引到它的周围。但， 当时还不知道氢气和氧气是双原子分子，尽管许多科学家已经接受了道尔顿的原 子论。 在科学纪元中，是贝采里乌斯（Berzelius ）于1836 年最先用催化作用一词来 描述有关痕量物质，本身并不消耗而能够影响反应速率的各种各样的观察结果。 贝采里乌斯引用的例子是淀粉受酸催化水解为葡萄糖，金属离子对过氧化氢分解 的影响，及铂在氢气和氧气反应中的作用等。催化（catalysis ）一词是由两个希 腊字拼成，字首cata- 表示下降，动词lysein 意思是分裂或破碎。贝采里乌斯可 能是用“catalysis ”一词来表示把阻碍分子反应的正常力破除掉．当时，反应物、 产物和催化剂的化学结构都不清楚，原子—分子理论还没完全建立起来，化学键 的本质以及能的概念也不清楚，电子还没发现，所以贝采里乌斯不可能对催化作 用的本质提出一合理的解释。他认为催化作用不是一个化学过程。他提出了催化 力的概念来说明催化现象。所有的分子具有一定的剩余亲合力。没有证据 表明：任何物质中，元素的完全吸引的亲合力全部满足，催化剂就是能够把它所 拥有的亲合力加到其它任何物质上，如对于在铂上氢气和氧气的反应，铂通过其 表面亲合力浓缩氧气，然后把它提供给浓缩状态的氢气，就发生结合。贝采里乌 斯认为催化作用是一个物理过程。 并不是每一个人都接受贝采里乌斯的观点、1838 年，德. 拉·里夫（de la Rive) 提出：在铂表面上，氢气和氧气之间的催化反应包含这样一个过程：首先铂被氧 气氧化，然后该氧化物被氢气还原。他认为没有必要借助于由贝采里乌斯提出的 神秘催化力来说明该反应。 大化学家李比希（Justus von Liebig ）也反对贝采里乌斯的观点。他在写 给朋友武勒的信中谈到：“你是否知道，在德国有些俊瓜写了一些书，不经检验 就采用了“催化力”，他们将把这些概念填塞到我们孩子的大脑中。你不认为催 化力的整个观念都是错误的吗? 围绕着催化反应现象，还有其它一些理论解释，如 19 世纪 20 年代，Pfaff 提出，催化剂铂比热低，因而能够容易升温到赤热状态，从而引燃氢氧混合物。 但，这个假说不能说明催化剂的选择性，因此，很快就被抛弃了。1858 年，有 机化学家凯库勒认为，催化剂的作用是使反应物微粒互相接近，削弱了反应物自 身原子间的结合力。格林（B. Green ）提出催化剂起着反应物微粒载体的作用。J ·墨 尔塞（J ·Mercer ）则把催化作用看成弱化学亲合力的表现。总之，在这个时期 内，发现了一些催化现象，提出了催化作用概念，但，对其本质还十分模糊不清， 因而催化作用的定义尚存在一些问题。 二 是物理化学之父奥斯特瓦尔德（F.W. Ostwald ）提出了具有现代观点的催化