催化剂:可重复使用的反应促进剂

小夏 科学 更新 2024-02-01

一些化学反应也面临类似的情况。 如果没有外界的帮助,它们几乎不可能实现,但就像室友在粉刷墙壁时推动手一样,催化剂也使一切变得容易得多。 事实上,催化剂的真正作用是减少引发反应所需的能量——它为反应提供了一条新的途径,使途中要克服的能量障碍没有那么大。

更好的是,催化剂不会在反应中被消耗,因此它不断提供帮助。 过渡金属在人体内含量很少,通常被维生素用于其催化特性。 长期以来,维生素B2被认为是肝脏通过食用摄入的神秘因子,因此也被称为“肝因子”,可导致人类或狗的贫血。 在金刚石离子的帮助下,它能够催化许多与新陈代谢和红细胞产生密切相关的反应。 它是第一个通过X射线晶体衍射确定其结构的金属酶。

由于结构极其复杂,整个测量过程充满了艰辛和颠簸。 这项工作由多萝西·克劳福德·霍奇金(Dorothy Crawford Hodgkin)完成,并因此获得了1964年的诺贝尔化学奖。 细胞色素氧化酶是另一种含有过渡金属的酶,它所含的铜可以帮助植物和动物从食物中获取能量。 人体只需要毫克的B族维生素就可以正常运作,所以它需要很少的钴(记住,它们可以回收)。 但如果过量,人体会感到不舒服。 当这位澳大利亚老太太的人工髋关节被聚乙烯和陶瓷部件取代时,她在几周内感觉舒服多了。

过渡金属的优异催化性能是包罗万象的,不仅在生化反应中。 例如,镍是一种银金属,不仅可以用于制造高速发动机的硬币和零件,还可以用于催化硬化润滑脂的反应。 这种类型的反应可以将氢原子添加到人类含碳分子中,将“不饱和”分子转化为饱和分子。 20世纪初,法国化学家保罗·萨巴蒂埃发现,镍、金刚石、铁和铜等金属可以帮助将不饱和乙炔氢化成乙烷。 从那时起,他就开始尝试最有效的镍氢碳质化合物。 1912年,他因在“使用超细金属粉末催化氢化反应”方面的工作而获得诺贝尔奖。 从那时起,食品工业开始使用镍作为催化剂将液态植物油转化为固体人造黄油。 Kerui起酥油成为第一种含有人造黄油的商品。 镍催化加氢的一个缺点是反式脂肪是部分氢化的副产品,在氢化过程中会产生。

它可能导致健康问题,如高胆固醇和心脏病。 21世纪初,各国开始关注这个问题,要求食品必须标明反式脂肪含量。 今天的Kerui起酥油不再不含反式脂肪。 当然,并非所有催化剂都是过渡金属,许多其他元素或化合物也可以加速反应。 然而,2005年诺贝尔化学奖再次授予了一类由金属催化剂驱动的反应:烯烃复分解。 这种反应对塑料和制药行业极为重要。 钻井现在也被用于化学的最前沿:从水中剥离氢气以提取清洁能源。

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