催化作业 2013

催化化学发展简史姓名：陈慧芸专业：环境化学学号：2013110235摘要催化剂的出现在人类社会的发展的过程中起到了极大的推动作用。

它解决了生活和生产过程中出现的许多难题，让人们的视野变得更加得开阔，有效得推动了近代产业革命得快速发展。

本文主要介绍催化化学从过去到现在的简要发展历程，具体包括：催化概念诞生，催化理论、催化剂、催化工艺、研究工具和实验方法的发展。

关键词：催化化学、催化剂、发展前言催化化学在国民经济中具有十分重要的意义，每种新催化剂和新催化工艺的研制成功，都会引起包括化工、石油加工等重大工业在内的生产工艺上的改革，生产成本可以大幅度降低，并为改变人类生活习惯提供一系列新产品和新材料。

催化化学对人类社会的发展和进步起着深远的影响，近年来随着人类对能源、环境和健康等问题的普遍关注，催化化学的作用和地位进一步获得了新的评价。

因此，适当掌握一些关于催化剂及催化过程的知识是非常必要的。

催化化学是一门面向化学类专业大学学生的一门学科。

其目的主要是使学生了解催化化学的基础知识以及最新发展动向，通过学习，提高学生对化学和化工领域的环境友好的意识，为今后从事研究和开发打下良好的基础。

学科内容主要包括：催化作用基础、催化剂的设计、制备和表征以及各种新兴催化技术在绿色化学、生物医药等领域的应用，如纳米技术、超临界流体技术和相转移催化等。

催化化学又是一门综合的科学。

它是在漫长的历史发展过程中从许多别的学科，包括物理学、生物学以及化学各分支学科中吸取了大量成就的基础上发展起来的一门边缘学科。

早在公元前，中国已会用酒曲（生物酶催化剂）造酒。

18世纪中叶，铅室法制硫酸中用一氧化氮作催化剂是工业上采用催化剂的开始。

催化这个词是1835年J.J.贝采利乌斯引用到化学学科中来的。

1902年W.奥斯特瓦尔德将催化定义为：“加速化学反应而不影响化学平衡的作用。

”1910年实现合成氨的大规模生产，是催化工艺发展史上的里程碑。

20世纪以来，催化工艺迅速发展，例如，20年代研究成功用钴催化剂由一氧化碳和氢合成液体燃料的费-托法；1955年研究成功齐格勒-纳塔催化剂，用于烯烃定向聚合；现代化学工业和炼油工业的生产过程，已有80%以上使用了催化方法【1】。

本论文主要从以下几个方面着手阐述：催化概念的诞生及发展史；催化理论的发展；催化剂的工业发展史；催化工艺的进展；研究工具和实验方法的进步等等。

催化概念的诞生及发展史古代时，人们就已利用酶酿酒、制醋；中世纪时，炼金术士用硝石作催化剂以硫磺为原料制造硫酸；13世纪，人们发现用硫酸作催化剂能使乙醇变成乙醚。

直到19世纪，产业革命有力地推动了科学技术的以展，人们陆续发现了大量的催化现象。

催化剂作用是在生产发展的同时为人们由浅入深地认识到的。

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。

这是最早的关于催化反应的理论。

然而，人们对于催化作用特点是认识过程是漫长的。

在这一认识过程中，许多科学家都亲自从事化学实验并发现了许多催化反应。

通过长期实践，逐渐积累加深了认识。

1781年，帕明梯尔用酸作催化剂，使淀粉水解。

1812年，基尔霍夫发现，如果有酸类存在，庶糖的水解作用会进行得很快，反之则很缓慢。

而在整个水解过程中，酸类并无什么变化，它好像并不参加反应，只是加速了反应过程。

同时，基尔霍夫还观测到，淀粉在稀硫酸溶液中可以变化为葡萄糖。

1817年，戴维在实验中发现铂能促使醇蒸气在空气中氧化。

1838年，德拉托和施万分别都发现糖之所以能发酵成为酒精和二氧化碳，是由于一种微生物的存在。

贝采里乌斯就此提出，在生物体中存在的那些由普通物质、植物汁液或者血而生成无数种化合物，可能都是由此种类似的有机体组成。

后来，居内将这些有机催化剂称为“酶”【5】。

1850年，威廉米通过研究酸在蔗糖水解中的作用规律，第一次成功地分析了化学反应速度的问题，从此开始了对化学动力学的定量研究。

1862年，圣·吉尔和贝特罗在实验中发现，如果按照分子比将醋酸乙脂与水混合，经过几星期之后于进行观测，发现醋酸乙脂已部分水解成为乙醇和醋酸。

这一反应的速度随时间处长而呈递减趋势。

再将乙醇与酸混合，反应生成了醋酸乙脂，平衡后的比例相同。

这一反应的速度同样很慢。

但是，当有无机酸存在时，上述两个反应则可在几小时内完成。

这样，无机酸作为一种催化剂可以促进两个反应向任一方向进行的反应速度。

1884年前后，包括奥斯特瓦尔德在内的几位化学家研究了各种酸对酯的水解作用以及蔗糖转化等现象的酸碱催化作用的解释，他认为催化剂现象的本质，在于某些物质具有一种特别强烈的使原本没有它参加而速度很慢的反应加速的特殊性能。

他说，任何物质，如果它不参加到化学反应的最终产物中去，只是改变这个反应的速度即称为催化剂。

另外，他通过总结大量的实验结果，根据热力学第二定律，提出了平衡的达成，不能改变平衡常数。

1905年，勒·罗西诺和哈伯等人，根据化学热力学的原理，研究计算了氢、氮和氨在各种温度和压力平衡情况后，利用各种催化剂的帮助，研究出从空气中的氮合成氨的实验方法。

发展史催化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。

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。

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剂和催化作用的定义：“凡能改变化学反应的速度而本身不形成化学反应的最终产物，就叫做催化剂。

”他列出4种类型的催化作用：（1）过饱和物系中离析作用的催化（2）均相混合物中的催化；（3）非均相催化（4）酶的催化作用【1】。

1881年，28岁的奥斯特瓦尔德受聘为里加工学院的化学教授，开始了题为“化学动力学研究”的一系列工作。

他首先开展了酸催化的乙酰胺的皂化作用和酯的水解作用的研究，接着又进行了蔗糖在各种酸存在时的转化实验。

这些研究为他以后在莱比锡时期，在催化研究方面的大丰收打下了基础。

1887年，奥斯特瓦尔德来到莱比锡大学，在这里，他和阿累尼乌斯、范特霍甫一起创立了物理化学。

他总结了许多实验结果，并根据热力学定律，定义了催化作用。

从那时到现在近一个世纪，其基本思想变化不大。

他还出版了《接触作用学说通史》（1898），考察了催化作用的来龙去脉。

而对整个问题更清楚的表述则是1901年的讲演“论催化作用”，它作为小册子于翌年出版。

1909年，由于在研究催化、化学平衡和化学反应速率方面的功绩卓著，奥斯特瓦尔德获得诺贝尔化学奖。

他是第一个在催化方面获得诺贝尔奖的科学家。

但是，奥斯特瓦尔德对催化作用本质的理解与现代观点存在相当大的距离，与法拉第很相似，奥斯特瓦尔德认为催化剂所起的作用仅仅是反应物在其表面上的浓缩而已。