細說催化劑背後的故事,催化劑是如何參與反應的?

2021-01-15 小菜菜很搞笑

大家好,我是你們的老朋友仔仔,仔仔今天要和大家聊一聊催化劑的故事。在上世紀80年代,王洪成宣稱在四分之三的水中加進四分之一的汽油,再加進所謂的的「洪成基液」作為催化劑,就可以變成「水基燃料」,一點即燃,熱值高於普通汽油、柴油,而且無汙染,成本極低,這便是當時忽悠了全國人民的「水變油」風波。當然了,這場風波最終被證明是一場鬧劇,王洪成也被判入獄10年。那麼王洪成是不是水平不行,他選錯了催化劑呢?其實不是。

事實上任何催化劑都無法催化水變成油,這是因為催化劑只能催化實際能夠發生的反應,而對於本來就不能發生的反應,催化劑是無能為力的。比如合成氨反應、二氧化硫的氧化反應等,都是實際能夠發生的反應,只不過在通常的情況下這些反應進行得較為緩慢,所以需要催化劑的幫助。催化劑的作用只不過是增大反應的速度,促使這些反應進行得快一些,而對於理論上不能發生的反應,再神奇的催化劑也不可能促使其發生。水是氫元素和氧元素的化合物,汽油是一種碳氫化合物,兩者的元素組成本就不一樣。

這就好比是合成氨技術的出現,如果當時的歐洲沒有戰爭的種子,那麼不論德國合成多少氨,也不會引發第一次世界大戰。現在「水變油」又有了新的變種,有人就聲稱已研製出一種催化劑,能使水源源不斷地分解成氫氣和氧氣,氫氣是一種更為優質、清潔的能源,這還要什麼「水變油」,直接「水變氫氣」不就行了?可以說,這一說法更具有迷惑性,因為水的確能分解成氫氣和氧氣,這一反應在化學上是可行的,比如電解水就能發生分解生成氫氣和氧氣。現在不用電解了,扔一塊催化劑進去就解千愁了。

不過這同樣是有問題的,這是因為催化劑雖然能改變反應速度,但卻無法改變化學反應的熱效應。我們知道化學變化一般伴隨著能量的變化,這種能量的變化就是化學反應的熱效應。比如說如果有2g氫氣完全燃燒,會生成18g液態的水,並釋放出約286KJ的熱量,正是這一熱量的存在使得氫氣成為了極其理想的燃料。不過,這熱量並非憑空產生的,在氫氣燃燒放熱的過程中,一部分化學能轉變成了熱能從而釋放出來,所以總的能量仍然是守恆的。另一方面,科學家通過測算得知,如果有18g水分解生成了氫氣和氧氣,也必然要吸收286KJ的能量。也就是說,氫氣和氧氣結合成水放出的能量,與把水分解為氫氣和氧氣所需要的能量是一樣多的。

所以即便真的研製出了一種催化劑,可以使水分解成氫氣和氧氣的速度加快,這一反應也必須提供大量的能量才能實現。同時,雖然理論上提供的能量與製得的氫氣燃燒所能釋放的能量相同,但實際上由於損耗的存在,所以所需提供的能量要相對大得多。所以說,目前通過消耗大量的能量分解水製得氫氣,再將氫氣用作燃料獲取能量,這一過程只有在某些特殊的情況下才會這樣做,比如製取運載火箭的燃料——液氫。但這無疑需要巨大的成本,在目前的技術條件下,氫燃料還無法走進我們的日常生活。

不過隨著技術的發展,特別是太陽能技術的進步,我們完全有理由相信,氫燃料早晚有一天會成為生活中動力與能量的來源。太陽能雖然不用我們創造,但其也是外來的能量,我們永遠不要幻想不消耗能量或少消耗能量,通過簡單的催化反應就能實現能量的無中生有,這無異於緣木求魚。以上就是仔仔分享的全部信息了,之後的一段時間仔仔會陸續為大家帶來科技小文章的,敬請期待!

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