催化劑:可重複使用的反應促進劑

Mondo 科學 更新 2024-02-01

一些化學反應也面臨類似的情況。 如果沒有外界的幫助,它們幾乎不可能實現,但就像室友在粉刷牆壁時推動手一樣,催化劑也使一切變得容易得多。 事實上,催化劑的真正作用是減少引發反應所需的能量——它為反應提供了一條新的途徑,使途中要克服的能量障礙沒有那麼大。

更好的是,催化劑不會在反應中被消耗,因此它不斷提供幫助。 過渡金屬在人體內含量很少,通常被維生素用於其催化特性。 長期以來,維生素B2被認為是肝臟通過食用攝入的神秘因子,因此也被稱為“肝因子”,可導致人類或狗的貧血。 在金剛石離子的幫助下,它能夠催化許多與新陳代謝和紅細胞產生密切相關的反應。 它是第乙個通過X射線晶體衍射確定其結構的金屬酶。

由於結構極其複雜,整個測量過程充滿了艱辛和顛簸。 這項工作由多蘿西·克勞福德·霍奇金(Dorothy Crawford Hodgkin)完成,並因此獲得了1964年的諾貝爾化學獎。 細胞色素氧化酶是另一種含有過渡金屬的酶,它所含的銅可以幫助植物和動物從食物中獲取能量。 人體只需要毫克的B族維生素就可以正常運作,所以它需要很少的鈷(記住,它們可以回收)。 但如果過量,人體會感到不舒服。 當這位澳大利亞老太太的人工髖關節被聚乙烯和陶瓷部件取代時,她在幾周內感覺舒服多了。

過渡金屬的優異催化效能是包羅永珍的,不僅在生化反應中。 例如,鎳是一種銀金屬,不僅可以用於製造高速發動機的硬幣和零件,還可以用於催化硬化潤滑脂的反應。 這種型別的反應可以將氫原子新增到人類含碳分子中,將“不飽和”分子轉化為飽和分子。 20世紀初,法國化學家保羅·薩巴蒂埃發現,鎳、金剛石、鐵和銅等金屬可以幫助將不飽和乙炔氫化成乙烷。 從那時起,他就開始嘗試最有效的鎳氫碳質化合物。 1912年,他因在“使用超細金屬粉末催化氫化反應”方面的工作而獲得諾貝爾獎。 從那時起,食品工業開始使用鎳作為催化劑將液態植物油轉化為固體人造黃油。 Kerui起酥油成為第一種含有人造黃油的商品。 鎳催化加氫的乙個缺點是反式脂肪是部分氫化的副產品,在氫化過程中會產生。

它可能導致健康問題,如高膽固醇和心臟病。 21世紀初,各國開始關注這個問題,要求食品必須標明反式脂肪含量。 今天的Kerui起酥油不再不含反式脂肪。 當然,並非所有催化劑都是過渡金屬,許多其他元素或化合物也可以加速反應。 然而,2005年諾貝爾化學獎再次授予了一類由金屬催化劑驅動的反應:烯烴復分解。 這種反應對塑料和製藥行業極為重要。 鑽井現在也被用於化學的最前沿:從水中剝離氫氣以提取清潔能源。

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