在一个反应系统中因加入某种物质而使化学反应速率明显加快,但该物质在反应前后的数量和化学性质不变,称这种物质为催化剂。催化剂的作用是能与反应物生成不稳定的中间化合物,改变了反应途径,活化能得以降低。由阿伦尼乌斯公式可知,活化能降低可使反应速率常数增大,从而加快反应速率。
有些反应所产生的某种产物也会使反应速率迅速加快,这种现象称为自催化作用。能明显降低反应速率的物质称为负催化剂或阻化剂。工业上用得最多的是加快反应速率的催化剂,以下阐述的内容仅与此类催化剂有关。
催化剂有以下三个基本特征。
(1)催化剂是参与反应的,但反应终了时,催化剂本身未发生化学性质和数量的变化,因此催化剂在生产过程中可以在较长时间内使用。
(2)催化剂只能缩短达到化学平衡的时间(即加速作用),但不能改变平衡。即是说,当反应体系的始末状态相同时,无论有无催化剂存在,该反应的自由能变化、热效应、平衡常数和平衡转化率均相同。由此特征可知:
①催化剂不能使热力学上不可能进行的反应发生;
②催化剂是以同样的倍率提高正、逆反应速率的,能加速正反应速率的催化剂,也必然能加速逆反应速率。
(3)催化剂具有明显的选择性,特定的催化剂只能催化特定的反应。催化剂的这一特性在有机化学反应领域中起到非常重要的作用,因为有机反应体系往往同时存在许多反应,选用合适的催化剂可使反应向需要的方向进行。