昨天老牛问咱，化学反应中，到底催化剂是如何作用的？老道恰好学过，就说说吧。

催化剂，最早接触是在初中化学的制备氧气，使用氯酸钾时，加入二氧化锰，产生氧气速度加快，这个时候，二氧化锰就是催化剂。催化剂（catalyst）的定义就是“能改变（大部分时候是加速）反应，而在反应过程中不消耗的物质”。

顾名思义，催化剂，能够改变化学反应的速率——可以增快，也可以减慢，大部分时候是为了增快。举个例子，比如煤气，CO和H2O在空气中反应很缓慢，经过很长的时间才会转变成CO2和H2，而如果有了催化剂参与，这个过程就会大大缩短。

化学反应，反应物必须通过旧键断裂，然后发生重组，然后才形成产物。反应分子所必须具备的{zd1}能量，也是化学反应中，把反应分子“激发”到“活化状态”所需要的能量，就是活化能。催化剂的作用，大方面来说，就是能够降低从热动力学上讲有可能发生的反应的活化能，因此也叫做触媒。如果两个反应物，要想反应，就要首先消耗活化能E1来克服能障，{zh1}反应能量为△E=E2-E1。而催化剂的存在，就让这个E1发生了变化，使得反应更容易进行。催化剂与反应物中的一种（或多种），不需要太高的活化能，就能够形成一种（或多种）过渡络合物，而这种（或多种）过渡络合物，又能够继续以较低的活化能与其他反应物（或者同样是过渡络合物）反应生成最终产物，并还原催化剂。这样，反应速率就会大大加快。再通俗的说，比如硫酸制备工艺，就相当于SO2和O2他俩谈恋爱，但是，都是有那么点妞妞捏捏（E1比较大），都不好意思，然后出了个做媒的，就是V2O5，他们立刻就情投意合变成SO3了。很多人理解认为，催化剂不参与反应，实际上，这种说法不大妥当，催化剂在许多情况下，参与并改变了反应路径。还是那个SO2和O2，其中，就有V2O5+SO2=V2O4+SO3和2V2O4+O2=2V2O5，催化剂在过程中，参与了反应，但随后被重生了，因此前后的量不变。也就是说，这是一个动态的过程。

如果多个反应同时进行，那么不同的催化剂，也能够改变反应的选择性。还是谈恋爱的例子，如某人可能对A有好感，但同时对B也有好感，而不同的媒婆，就会按照自己的意愿和喜好，侧重撮合其中的A或者B。催化剂被称为“触媒”，不能说没有道理。

但催化剂{jd1}不可能改变热力学平衡（催化剂是无法改变△E的数值的）。比如，热动力学上不可能发生的反应，任何催化剂都是无效的。就像两人没感情，你怎么把他们往一块拉，都是不可能的。

催化反应分为均相和非均相，工业上为了能够让反应物生成物与催化剂容易分离，一般采用非均相。大部分时候，工业生产也确实为此。

催化剂的制备，被称为“黑色艺术”（black art），也就是说，它的制备，是任何生产厂家，都要保密的内容。你不可能从厂家中获得，只能够推测一些有用的信息。所以，别看都是铁，但是这个怎么制备才能够具有活性，是需要费脑筋的。因为催化剂只有活性中心（active site，活泼的，有利于电子传输）的那一部分才真正的起作用。一般的，把催化剂中，主要催化作用的物质部分称为主剂（active component），而协助活性中心有更佳能量结构的，是助剂（promoter），对整个催化剂起稳定作用的，则为载体。当然，实际反应中，这三者的区分不是xx{jd1}的。

催化剂作用的催化反应，主要为物理吸附（依赖于范德华力，Van der Waals）和化学吸附（chemisorption），特别是后者，是关键的。

以最简单的反应为例：

Ａ+σ→Ａσ（Ａ与催化剂上活性中心作用，得到吸附态的Ａ）

Ａσ→Ｂσ（吸附态的Ａ生成吸附态的Ｂ）

Ｂσ→Ｂ+σ（吸附态的Ｂ释放出Ｂ）

其他反应也差不多。表面的化学吸附的存在，使得催化剂表面产生化学反应的中间络合物，基本是吸附、反应、脱附等。具体这方面的研究很多，比如朗格缪尔模型等。

具体，就是参考一些书了，比如《化学反应工程》。