催化劑具有特殊的選擇性
同一反應物往往可能向不同的方向生成不同的產物。在這種情況下,通常一種催化劑在一定條件下只能對其中某一反應方向起催化作用。這種專門對某一化學反應起加速作用的性能,稱為催化劑的選擇性。
乙醇的催化轉化是一個典型的例子。用各種適當的催化劑,在不同的條件下,從乙醇可以制得乙醛、乙烯、乙醚、丁二烯等二十余種產物。
在工業(yè)生產上經常利用催化劑的選擇性使一些復雜反應朝需要的方向轉化為產物,抑制:其他副反應,達到充分利用原料、得到純凈產品的效果。
比如,在250攝氏度時用乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷,可能同時存在三個平行反應。乙烯被氧化成沒有經濟價值的CO2和H2O的反應的趨勢最大但是如果用銀為催化劑,則銀選擇性地大大加速了乙烯氧化力環(huán)氧乙烷的反應,而其它兩個副反應的速度仍然很慢,這樣就可獲得較為滿意的環(huán)氧乙烷的產率。
催化劑的這種選擇性,在生物催化作用中更為突出。生物體內的化學反應,幾乎都是在酶催化劑的作用下進行的,酶的選擇性極高,即一種酶通常只能催化一種或一類反應,而且只能催化一種或一類反應物的轉化。如脲酶只能催化尿素水解成為銨態(tài)氮,脂肪酶只能催化脂肪水解為脂肪酸和甘油等。人體內的三萬多種酶都在常溫常壓下以極高的催化效率催化著各自的反應。由于酶催化劑具有如此突出的催化優(yōu)良性能,它已成為工業(yè)生產的新技術和催化研究的重要方面。
催化劑具有特殊選擇性的原因,主要是在催化劑的參與下,化學反應改變了反應途徑,使反應經過一連串的活化中間產物而達到燉后產物。在這一連串的中間步驟中,反應物分子與催化劑表面活性中心的結合力不能太弱,也不能太強。太弱時不能引起反應物分子必要的變形而使其化學鍵松弛,不能達到降低活化能的目的,太強時,反應物與催化劑表面原子形成了穩(wěn)定的化合物,使進一步反應發(fā)生困難。這就是說反應物與催化劑之間結合的能量要適當,這就是所謂的能量適應原理。