亲爱的小读者，科学的美丽就是：充满力量，又在迅速变化；好像离你很远，却又在你身边。为了帮助你了解科学发展的最新动态，编辑了《少年科学大讲堂》这套书。本书是其中一册，是一本介绍催化剂和催化技术的小书。书中所引用的资料新而准确，加上精美的插图，可增强青少年朋友们的阅读兴趣。

请你读一下这本小册子吧！在阅读完成以后，你可以试着回答这样一个问题：科学能给我们带来什么呢？更强大的动力，更方便的沟通，更接近神话的世界，还是更惨重的灾难，更恐怖的损失？

你熟悉和了解催化剂以及催化作用吗？你知道催化剂给我们的生产、生活的各个方面带来的巨大变化吗？不管你是否了解，催化剂已经融入我们的社会，在带来巨大便利的同时，创造着难以计数的财富。

本书将带你走进催化剂的世界，以大量催化剂在生产、生活中实际应用的生动实例，为你深入浅出地阐释催化剂的发展历程，揭示催化反应的本质和特性，使你对催化剂和催化反应有全面的了解和认识。

前言

一、催化剂——化学反应的“变速器”

 因催化剂而爆发的世界大战

 “慢性子”与“急脾气”

 从“铂怀炉”取暖说起

二、揭秘催化剂——探究催化反应的本质

 催化剂是怎样“工作”的

 掀起你的盖头来：催化剂有哪些特点

 催化剂并不万能：揭穿“水变油”的骗局

三、“不能没有你”——工业生产与催化剂

 工业生产中催化剂的选择

 餐桌上的催化：人造奶油与油脂氢化

 价廉物美的塑料

四、点石成金——漫谈石油炼制催化剂

 石油炼制的核心：催化裂化

 90号，还是97号汽油

 让石油更清洁：加氢精制与油品脱硫

五、酶一奇妙的生物催化剂

 神奇的催化力量

 更快、更高、更强：酶催化的特性

 无所不在的酶

六、来日方长显身手

——催化技术与科学发展

 催化技术与环境保护

 催化技术与新能源的开发和利用

因催化剂而爆发的世界大战

第一次世界大战因催化剂而打响，这话听起来，似乎就和春晚小品里说的“美国攻打伊拉克，是因为萨达姆偷了布什家的高压锅”一样荒诞。历史课本不是早就告诉我们：历时4年多、波及全世界的第一次世界大战，是帝国主义国家之间为瓜分世界、争夺殖民地和霸权而进行的战争。世界大战与催化剂，听起来风马牛不相及嘛！但这并非空穴来风，第一次世界大战的爆发和进程，与催化剂的确有着紧密的联系。这。还得从一个人说起，他就是德国物理化学家、合成氨的发明者——弗里茨·哈伯（Fritz Haber）。

翻开诺贝尔奖获得者的长卷，你一定马上就会找到弗里茨·哈伯。哈伯因在合成氨研究中作出的杰出贡献而获得1918年诺贝尔化学奖。众所周知，诺贝尔科学奖是奖励那些在自然科学研究中对人类作出重大贡献的人。那么，究竟什么是合成氨呢？合成氨对人类又有什么重要的意义呢？

19世纪末，随着世界人口数量的快速增长，对粮食的需求量也日趋增大，怎样在有限的耕地上生产出更多的粮食，成为横亘在人们面前的一个现实的难题。科学家们通过研究发现，给土地施含有氮的月巴料（也就是我们通常所说的氮肥），能有效地增加粮食产量。而同时，各国随着军事的发展。对炸药的需求越来越大。在当时，生产炸药需要消耗大量的硝酸（一种含氮的酸）。

说到氮，你一定不会陌生。时刻充斥在你周围的空气中就有它的身影。空气中有78％是氮气，看来。人们不必为生产化肥和炸药的“粮食”而发愁了。但事情并没有这么简单。空气中的氮气非常稳定，是个“老顽固”，很难和其他物质发生反应，自然也就很难变成人们需要的化肥和炸药了。通常只有在打雷闪电的时候，少量氮气才会“羞答答”地和空气中的另一成分一氧气发生反应，生成一氧化氮，再经过一系列的变化变成氮肥，随着雨水落到土壤中（这也就是农谚“雷雨发庄稼”所蕴涵的科学道理）。一年当中，打雷的日子不会很多，“靠天吃饭”不是回事。幸好，自然界中还有大量含氮的矿物，如硝石，这些含氮矿物都能用于工业生产氮肥和火药。因此，在19世纪，出于生产化肥和炸药的大量需求，硝石成为了一种非常紧俏而重要的战略物资。

但老天爷似乎不太公平，因为硝石在世界上的分布并不均衡。南美洲的智利是当时硝石的主要产地，史称智利硝石。而对硝石有巨大需求的欧洲。本身并不出产，只能靠大量的进口。一方面，硝石矿的蕴藏量有限，而需求却在以很快的速度增长；另一方面，对于空气中近乎取之不尽的氮资源，人们却不能加以利用，这实在是很可惜的事。于是，各国科学家纷纷致力于研究利用空气中的氮气生产氮肥和炸药的方法。而其中最关键的一步，就是使极其不活泼的氮气通过一定的化学方法，变成氮的某种简单化合物。这在工业上称为“人工固氮”，即将空气中“飘忽不定”的氮“固定”下来。合成氨就是最重要的一种人工固氮方法。

作为一名优秀的化学家，哈伯也一直将人工固氮作为自己的一个研究课题。1905年，哈伯在赴美国考察后，回国采用了在高压下放电进行固氮的研究（即模拟闪电时氮气与氧气的反应），实验进行了约一年，但效果不很理想。不过，这点小失败并未使哈伯灰心和放弃。当然，固氮并非只有氮气与氧气反应这“华山一条路”。在参考了其他科学家的经验后，哈伯转而研究氢气和氮气的反应。氢气与氮气反应能生成氨。氨是一种有刺激性气味的气体，是氮的一种重要的化合物。但由于氮气极不活泼的“脾气”，氢气与氮气的反应也很难进行。为了使氢气与氮气能反应，科学家们尝试了大量的方法。但大量的实验研究证实，即使在很高的温度和很大的压强下，氢气与氮气的反应也是极其缓慢的，根本达不到工业生产的要求。打个比方，就好像严重堵塞的水龙头，滴了一天的水还不够一个人喝的。

哈伯意识到，必须寻找到一种物质，能够使氢气与氮气的反应加快速度，使“滴水”的水龙头变成“哗哗流水”的水龙头。终于，在历经无数次失败后，1909年，哈伯在实验室采用600度、200个大气压和用金属锇作催化剂的条件下，大大提高了合成氨反应的速度。当然，有了催化剂，距离实现工业化生产还有很长的一段路要走。于是，哈伯又同化工专家波施以及其他科研人员一起，对数干种不同配方的催化剂进行实验，终于制得了比锇价格低而催化效率更高的高效铁催化剂；同时解决了如高温氢气对生产设备的腐蚀等一些合成氨实际生产中的技术难题。1911年，德国建成世界上第一座日产30吨合成氨的工厂，这是人工固氮技术的重大成就，是催化剂在化学研究和化工生产中的胜利。

1914年，第一次世界大战爆发前，德国已经设计建造完成多家合成氨工厂，并投入生产。工厂源源不断地提供着制造化肥和炸药的原料，而且。当时只有德国掌握了合成氨技术！德皇威廉二世认为，只要能源源不断地生产出氨和硝酸，德国的粮食和炸药供应就有保证，即使断了硝石供应也没有问题，这也更加坚定了威廉二世开战的决心。与此同时。已经觉察到德国有发动战争倾向的外国首脑和军事专家，由于不知道德国已经成功地实现了氨的合成，从而轻易地认为只要切断硝石的供应，德国就无法生产炸药！甚至在战争爆发后，他们还简单地认为由于硝石的短缺，大战将很快结束！事实完全相反，而这其中留给后人的教训也是惨痛的。

当然，如果因此而将第一次世界大战爆发的罪恶根源归咎于合成氨和催化剂，归咎于哈伯，则是毫无道理的。这就好像刀可以用来杀人，但造刀的人并非是持刀杀人犯的帮凶。而另一方面。合成氨推动了化肥工业及其他工业的迅猛发展。带给人类的好处也是不可估量的。正因此，1918年，因战争中断2年后恢复评选的诺贝尔化学奖授予了哈伯。哈伯的合作者波施也因在合成氨的工业化中作出的贡献而在1931年获得诺贝尔化学奖。

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在一个落后时代的人看来，现代科学和魔法是没什么区别的。实际上，现代科学的发展早已远远超越了哈利·波特的想象。在魔法和神话里，从来没有出现过2000万吨级的聚变核弹，无论是宙斯的闪电还是孙悟空的金箍棒，在能量上和核弹根本不是一个级别；另外，神话和魔法的空间也显得过于狭窄，当魔幻故事还在月球轨道内进行的时候，人类的探测器快要飞出太阳系了。

科学的发展常常会超出人类的想象。19世纪时，有科学家通过流体力学原理得出结论：火车速度不可能超过每小时150千米，否则车内的空气就会被抽空；20世纪初，大多数物理学家都认为人类对于物质规律的认识已经完成，没有什么更多的事情要做了；20世纪60年代的大师冯·诺依曼说，全世界有一台巨型计算机就足够了，因为我们根本没那么多东西要算……

亲爱的小读者，这就是科学的美丽：充满力量，又在迅速变化；好像离你很远，却又在你身边。为了帮助你了解科学发展的最新动态。我们编辑了《少年科学大讲堂》这套书。从作者到编辑，都努力用最浅显的语言，尽量让科学变得易读易懂。但是，这毕竟不是一套校园小说，你需要一点点耐心，才能享受到阅读和思考带来的乐趣。在阅读完成以后，你可以试着回答这样一个问题：科学能给我们带来什么呢？更强大的动力，更方便的沟通，更接近神话的世界，还是更惨重的灾难，更恐怖的损失？

这个问题没有标准答案，你可以在漫长的时间里，验证自己的回答。