1.1　催化的首倡者和开拓者

我们要了解催化，不得不先认识一下“催化”概念的首倡者，伟大的科学家——贝尔塞柳斯。

酒会中“诞生”的催化概念

1835年8月20日，这一天，是瑞典化学家约恩斯·雅各布·贝尔塞柳斯的五十六岁生日。清晨出门前，他的妻子玛利亚对他再三叮咛，晚上有个生日派对，必须准时回家。然而，在化学实验室忙碌的他，最终还是忘了。朋友们都到齐了，焦急的玛利亚只好自己到实验室，将贝尔塞柳斯叫回家。一进屋，客人们纷纷向贝尔塞柳斯举杯祝贺，他顾不上洗手换衣，接过了一杯葡萄酒一饮而尽，随即皱起眉头喊道：“玛利亚，你怎么把醋拿给我了？”客人们都愣住了。玛利亚笑着说道：“亲爱的，你这是开的什么玩笑呀，你做实验都做到家里来了，我们喝的可是纯正的红葡萄酒，怎么会是醋呢！”大家也纷纷表示自己喝的确实是葡萄酒。

贝尔塞柳斯将信将疑地又喝了一小口，然后把手中的酒杯递给玛利亚，说道：“你来尝尝，这是酒还是醋呢？”玛利亚惊讶地接过酒杯尝了尝——竟然真是酸的！就在这时，贝尔塞柳斯注意到酒杯里有少量的黑色粉末，强烈的职业敏感使他很快就意识到，这一定与自己做的实验有关。想到这里，贝尔塞柳斯小心翼翼地将这只神奇的酒杯收了起来。

第二天一早，贝尔塞柳斯就迫不及待地带着“神杯”赶往实验室。经过反复试验，终于证实了红葡萄酒变酸的魔力，是由于粘在自己衣服和手上的铂黑 掉到了酒杯里，加快了乙醇和空气中的氧气发生化学反应的速度，从而生成了醋酸。

那么，加速反应后的铂黑发生了什么变化吗？贝尔塞柳斯通过实验反复验证，表明铂黑在反应前后并没有任何变化，既没有被氧化增重，也没有形成可溶物进入酒溶液（当时还没有离子的概念），更没有产生什么气体跑到空气中去。

第二年，贝尔塞柳斯在《物理学与化学年鉴》学术杂志上发表论文，首次提出化学反应中使用的“催化”和“催化剂”的概念。这里发生的酒变为醋就是一种催化反应，铂黑称为催化剂。反应式如下：

其实，类似这样不可思议的化学现象，在贝尔塞柳斯提出“催化”概念之前早已引起一些科学家的注意，比如：

1812年，俄国的基尔霍夫发现，如果有酸类存在，蔗糖的水解作用会进行得很快，反之则很缓慢。而在整个水解过程中，酸类并无什么变化，它好像并不参加反应，只是加速了反应过程。

同时，基尔霍夫还观测到，淀粉在稀硫酸溶液中可以转化为葡萄糖——催化使淀粉变成了糖，多么甜美！

1813年，英国科学家普雷斯利等人发现红热瓷管中有铁、铜、金、铂等金属时能分解管中通过的氨——催化能去除异味！

1817年，英国科学家戴维发现，加热的铂丝能使甲烷等可燃气体在燃点以下的温度发生燃烧——催化能降低燃烧温度，从而使废气处理变得容易，并能减少污染排放！

1931年英国科学家菲利普斯等人发现铂金是二氧化硫在空气中氧化为三氧化硫（易溶于水）的优良催化剂——催化不仅可用来净化工业排放中的二氧化硫，还可用于制备硫酸！

然而，受限于当时对化学反应的认知，人们只能勉强用接触理论等来解释这些现象，甚至干脆将这类反应称为接触反应。

贝尔塞柳斯注意到这些化学现象的特殊性和共同特点，他认为这类反应不依靠通常反应中的静电力，而是由于一种未知力的作用结果。鉴于当时发现的这些现象大多是分解反应，贝尔塞柳斯将表示“拆散松开”的希腊语（ ）转译为英文“catalysis”和德文“katalyse”用于表示这类反应（“催化”一词就是根据这个外文翻译过来的），将引起催化反应的物质称为“catalyst”和“katalyst”（即催化剂），将催化剂所具有的这种特殊作用力称为催化作用力，也曾经将“催化反应”与当时认为的“接触反应”看作是同一定义的词。

自从“催化”和“催化剂”的概念提出以后，各种促进化学反应的催化剂不断被人们发现，并应用于各种领域。不断丰富的催化剂种类，不断提出的催化剂理论假说，使催化技术开始应用于各行各业。

“化学语言”的首创者

在这里顺便介绍一下，贝尔塞柳斯不仅是“催化”概念的提出者，也是“化学语言”的首创者。

我们从初中的化学课本里就认识了用不同英文字母表示的元素周期表。可是，早期化学家们并不是这样，他们习惯用各种符号代表元素，而不同的人又可能会用不同的符号指代同一种元素。

贝尔塞柳斯觉得这样的表示方法既不方便又不科学，于是他提议用元素拉丁文名称的第一个字母（大写）代表元素。例如，人类最早发现和认识的碳（carbonium）用C来表示、磷（phosphorus）用P来表示，等等。如果两个元素的第一个字母相同，就加上拉丁文的第二个（甚至第三个）字母的小写加以区别。例如：金Au（aurum）与铝Al（aluminium）、砷As（arsenic），钠Na（natrium）与氖Ne（neon），钙Ca（calcium）与铬Cr（chromium）等。这就是一直沿用至今的化学元素符号系统。

贝尔塞柳斯将这个元素符号系统公开发表在1813年由汤姆孙主编的《哲学年鉴》上。一年以后，在同一刊物上，他又撰文论述了化学式的书写规则。他把一种物质中所含各种元素原子的数目以数字标在元素符号的右下角，例如CO ₂ 、SO ₂ 、H ₂ O等。贝尔塞柳斯关于元素符号及化学式的表示方法，不愧为伟大创举，使得化学形成了一整套独立的符号系统。从此，全世界研究化学的人们有了简洁统一的化学语言，能够对化学反应进行分析和运算，也为催化反应及机理研究带来了极大便利，直至今天，乃至将来都将为人类所用。

催化领域的诺贝尔奖

贝尔塞柳斯提出了“催化”这一概念，但当时并没有阐述清楚催化剂的作用及过程，因此这一概念提出后，遭到了一些科学家的质疑和反对，但同时也为许多科学家所接受，并继续这方面相关研究。其中做出比较大贡献的是德国化学家奥斯特瓦尔德（W. Ostwald，1853—1932）。

1890年奥斯特瓦尔德发表文章，肯定并支持了贝尔塞柳斯的“催化”概念，并提出了自然界广泛存在的“自催化”现象。1895年他发表了《催化过程的本质》一文，指出催化反应中的催化剂可以改变化学反应速度，但不能改变化学平衡，同时这种物质本身也不存在于产物之中。

催化剂的作用是在反应达到平衡前促使反应速度增大，即促进平衡尽早到达，但任何一种催化剂都不能改变反应的平衡点。这些现在作为常识的结论，却用了几个世纪的时间才被确定下来。

那么怎样才能简单地鉴别一个反应是否为催化反应呢？它有个显著特点，那就是一变两不变：

一变，就是只改变物质参与的化学反应速率。

两不变，就是反应前后催化剂本身的质量不变；反应前后它的化学性质也不变。

只要记住这两条，我们就能准确地判断出化学反应中谁才是催化剂了。

因为奥斯特瓦尔德的这一研究成果，他获得了1909年的诺贝尔化学奖。这也是催化研究相关的第一个诺贝尔化学奖。

诺贝尔化学奖旨在奖励在化学领域做出最重要发现或发明的科学家。自1901年诺贝尔化学奖首次颁发以来，截至2022年已经颁发114次。其中催化研究者获奖数量可观（见表1），是诺贝尔化学奖中的主要贡献者。有人称催化是化学科学的“灵魂”，化学工业的“发动机”，看来其言并不为过！然而，催化的影响又远远超出化学领域本身，它在环境保护、可再生能源和资源优化与利用、民生和健康等方面也发挥着重要作用。