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化学平衡催化剂

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（图片仅供参考）

催化剂通过提供活化能较低的替代反应途径，平等地提高正向和逆向反应的速率。虽然催化剂可以使体系更快地达到平衡，但它不会改变平衡本身的位置。反应物和产物的平衡浓度以及平衡常数K的值保持不变。

催化剂的作用可以通过反应能量曲线图来可视化。催化剂降低过渡态的能量，过渡态是反应物和产物之间能量势垒的峰值。关键在于，它对正向反应和逆向反应的能量势垒降低的幅度相同。这意味着正向反应的活化能 (E_a,fwd) 和逆向反应的活化能 (E_a,rev) 都降低了，但它们之间的差值（即反应的总焓变 (ΔH = E_a,fwd - E_a,rev)）不受影响。

Since the equilibrium constant K is related to the standard Gibbs free energy change ([latex]\Delta G^{circ} = -RT \ln K[/latex]), and catalysts do not alter the thermodynamics ([latex]\Delta G^{circ}[/latex], [latex]\Delta H^{circ}[/latex]) of the overall reaction, they cannot change the value of K. Their role is purely kinetic, enabling the system to achieve the thermodynamically favorable equilibrium state in a shorter amount of time. This is vital in industrial processes where reaching equilibrium quickly is economically necessary, as many thermodynamically favorable reactions are too slow to be practical without 催化作用.

化学回收, 化学, 焓, 流程优化, 产品开发, 质量管理, 热力学

UNESCO Nomenclature: 2209

- 物理化学

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

将反应速率与活化能联系起来的阿伦尼乌斯方程
活化能的概念
早期观察到物质加速反应而不被消耗（例如，基尔霍夫、戴维）

应用程序

catalytic converters in automobiles to reduce harmful emissions
enzymes in biological systems acting as biocatalysts
使用铁催化剂的哈伯-博施法
使用氧化钒催化剂的接触法
石油精炼和裂解

专利：

潜在创新理念

photocatalysts for water splitting to produce 氢燃料
electrocatalysts for more efficient fuel cells and batteries
用于绿色化学和生物燃料生产的基因工程酶
高表面积纳米催化剂可提高工业效率
单原子催化剂可实现最大原子效率和选择性
塑料升级改造和降解的催化系统
用于靶向医疗治疗的人工酶（合成酶）
直接空气捕获二氧化碳的催化剂
嵌入催化剂-反应物微胶囊的自修复材料
串联催化系统，其中多个催化步骤在一个锅中进行

相关术语：催化剂、平衡、活化能、反应速率、动力学、热力学、平衡常数、正反应、逆反应、酶。

历史背景

能量守恒

一个基本原理，说明一个孤立系统的总能量随着时间的推移保持不变。能量既不能被创造也不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式，例如从势能转化为动能。在经典力学中，对于只有保守力的系统，总机械能 [latex]E = T + V[/latex] 是守恒的。

粘度的温度依赖性

对于牛顿流体，粘度是温度和压力的函数，而非剪切速率的函数。在液体中，粘度会随着温度升高而显著降低，因为更高的热能使分子更容易克服分子间的内聚力。相反，在气体中，粘度会随着温度升高而增加，因为分子碰撞频率越高，速度越高，动量传递也越大。

热力学第一定律

第一定律是关于能量守恒的声明。它假定一个封闭系统的内能变化（[latex]\Delta U[/latex]）等于提供给系统的热量（[latex]Q[/latex]）减去系统对周围环境所做的功（[latex]W[/latex]）。支配方程为 [latex]\Delta U = Q - W[/latex]。这一定律将热、功和内能联系起来，将热确定为一种能量传递形式。.

化学平衡催化剂

理想气体定律（摩尔形式）

理想气体定律是假设理想气体的状态方程，近似于许多气体在各种条件下的行为。摩尔形式通过通用气体常数（[latex]R[/latex]）将压强（[latex]P[/latex]）、体积（[latex]V[/latex]）、以摩尔为单位的物质的量（[latex]n[/latex]）和绝对温度（[latex]T[/latex]）联系起来：[latex]PV = nRT[/latex]。.

克劳修斯-克拉珀龙关系

克劳修斯-克拉皮隆关系描述了处于相变阶段的物质（如液体和蒸汽）的压力和温度之间的关系。对于水蒸气，它表明饱和蒸汽压随温度呈指数增长。近似形式为 [latex]\frac{dp}{dT} = \frac{L}{T(V_v - V_l)} \approx \frac{L p}{R_v T^2}[/latex]，其中 L 为潜热。.

涡流（傅科叶的潮流）

涡流是根据法拉第定律，由变化的磁场在块体导体内感应出的电流环。它们在垂直于磁场的平面内以闭合环路流动。根据楞次定律，这些电流会产生自身的磁场，抵抗外部磁通量的变化，从而产生排斥力或阻力以及电阻加热。

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理想气体的内能和焓

对于完全气体，内能（[latex]U[/latex]）和焓（[latex]H[/latex]）仅是温度的函数。它们的变化由 [latex]\Delta U = m c_v \Delta T[/latex] 和 [latex]\Delta H = m c_p \Delta T[/latex] 给出，其中 [latex]c_v[/latex] 和 [latex]c_p[/latex] 分别是恒容和恒压下的比热，并假定为常数。.

粘弹性

粘弹性是指材料在变形时同时表现出粘性和弹性的特性。粘性材料（例如蜂蜜）在施加应力时，能够抵抗剪切流，并且应变随时间呈线性变化。弹性材料（例如橡皮筋）在拉伸时会变形，一旦应力消除就会迅速恢复到原始状态。粘弹性材料兼具这两种特性。

升华焓

升华焓（[latex]/Delta H_{/text{sub}}[/latex]）是在给定温度和压力下将一摩尔物质从固体转化为气体所需的热量。根据赫斯定律，由于焓是一种状态函数，因此这种能量变化是熔化焓（[latex]/Delta H_{/text{fus}}[/latex]）和汽化焓（[latex]/Delta H_{/text{vap}}[/latex]）之和。.