目前,對催化劑的作用還沒有完全弄清楚。在大多數(shù)情況下,人們認為催化劑本身和反應(yīng)物一起參加了化學(xué)反應(yīng),降低了反應(yīng)所需要的活化能。有些催化反應(yīng)是由于形成了很容易分解的“中間產(chǎn)物”,分解時催化劑恢復(fù)了原來的化學(xué)組成,原反應(yīng)物就變成了生成物。有些催化反應(yīng)是由于吸附作用,吸附作用僅能在催化劑表面活潑的區(qū)域(叫做活性中心)進行?;钚灾行牡膮^(qū)域越大或越多,催化劑的活性就越強。反應(yīng)物里如有雜質(zhì),可能使催化劑的活性減弱或失去,這種現(xiàn)象叫做催化劑的中毒。
催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響非常大,有的催化劑可以使化學(xué)反應(yīng)速率加快到幾百萬倍以上。催化劑一般具有選擇性,它僅能使某一反應(yīng)或某一類型的反應(yīng)加速進行。例如,加熱時,甲酸發(fā)生分解反應(yīng),一半進行脫水,一半進行脫氫:
HCOOH=H2O+CO
HCOOH=H2+CO2
如果用固體Al2O3作催化劑,則只有脫水反應(yīng)發(fā)生;如果用固體ZnO作催化劑,則脫氫反應(yīng)單獨進行。這種現(xiàn)象說明,不同性質(zhì)的催化劑只能各自加速特定類型的化學(xué)反應(yīng)過程。因此,我們利用催化劑的選擇性,可使化學(xué)反應(yīng)主要向某一方向進行。
在催化反應(yīng)里,人們往往加入催化劑以外的另一物質(zhì),以增強催化劑的催化作用,這種物質(zhì)叫做助催化劑。助催化劑在化學(xué)工業(yè)上極為重要。例如,在合成氨的鐵催化劑里加入少量的鋁和鉀的氧化物作為助催化劑,可以大大提高催化劑的催化作用。
催化劑在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中占有極其重要的地位,現(xiàn)在幾乎有半數(shù)以上的化工產(chǎn)品,在生產(chǎn)過程里都采用催化劑。例如,合成氨生產(chǎn)采用鐵催化劑,硫酸生產(chǎn)采用釩催化劑,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡膠等三大合成材料的生產(chǎn)中,都采用不同的催化劑。
酶,是植物、動物和微生物產(chǎn)生的具有催化能力的蛋白質(zhì),舊稱酵素。生物體的化學(xué)反應(yīng)幾乎都在酶的催化作用下進行。酶的催化作用同樣具有選擇性。例如,淀粉酶催化淀粉水解為糊精和麥芽糖,蛋白酶催化蛋白質(zhì)水解成肽等。酶在生理學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等方面,都有重大意義。目前,酶制劑的應(yīng)用日益廣泛。