På grund av industrins snabba tillväxt blir katalytiska reaktioner mer och mer efterfrågade inom kemisk produktion, maskinteknik och metallurgi. Tack vare användningen av katalysatorer är det möjligt att förvandla lågvärdiga råvaror till en värdefull produkt.
Significance
Katalytiska reaktioner kännetecknas av de olika medel som används. I organisk syntes bidrar de till en betydande acceleration av dehydrering, hydrering, hydrering, oxidation och polymerisation. Katalysatorn kan betraktas som en "de vises sten" som förvandlar råvaror till färdiga produkter: fibrer, läkemedel, kemikalier, gödningsmedel, bränslen, plast.
Katalytiska reaktioner gör det möjligt att erhålla många produkter, utan vilka norm alt liv och mänsklig aktivitet är omöjliga.
Catalysis låter dig snabba upp processer intusentals och miljoner gånger, vilket är anledningen till att den för närvarande används i 91 % av olika kemiska industrier.
Intressanta fakta
Många moderna industriella processer, såsom syntes av svavelsyra, kan endast utföras med en katalysator. Ett brett utbud av katalytiska medel säkerställer skapandet av motoroljor för bilindustrin. År 1900 genomfördes, för första gången i industriell skala, en katalytisk syntes av margarin från vegetabiliska råvaror (genom hydrering).
Sedan 1920 har en mekanism utvecklats för katalytiska reaktioner vid tillverkning av fibrer och plaster. En milstolpe var den katalytiska produktionen av estrar, olefiner, karboxylsyror, såväl som andra utgångsmaterial för tillverkning av polymerföreningar.
Oljeraffinering
Sedan mitten av förra seklet har katalytiska reaktioner använts vid oljeraffinering. Bearbetningen av denna värdefulla naturresurs involverar flera katalytiska processer samtidigt:
- reformering;
- cracking;
- hydrosulfonering;
- polymerisation;
- hydrokrackning;
- alkylering.
Sedan slutet av förra seklet har det varit möjligt att utveckla en katalysator för att minska avgasutsläppen till atmosfären.
Flera Nobelpriser har delats ut för arbete inom katalys och relaterade områden.
Praktisk relevans
En katalytisk reaktion är varje process som involverar användning av acceleratorer (katalysatorer). För att bedöma den praktiska betydelsen av sådana interaktioner kan man som exempel nämna de reaktioner som är förknippade med kväve och dess föreningar. Eftersom denna mängd är mycket begränsad till sin natur är skapandet av matprotein utan användning av syntetisk ammoniak mycket problematiskt. Problemet löstes med utvecklingen av Haber-Boschs katalytiska process. Användningen av katalysatorer ökar hela tiden, vilket gör det möjligt att öka effektiviteten hos många tekniker.
Ammoniakproduktion
Låt oss överväga några katalytiska reaktioner. Exempel från oorganisk kemi ges utifrån de vanligaste industrierna. Syntesen av ammoniak är en exoterm, reversibel reaktion, som kännetecknas av en minskning av volymen av det gasformiga ämnet. Processen sker på en katalysator, som är poröst järn med tillsats av aluminiumoxid, kalcium, kalium, kisel. En sådan katalysator är aktiv och stabil i temperaturintervallet 650-830K.
Sänd det irreversibelt svavelföreningar, särskilt kolmonoxid (CO). Under de senaste decennierna, tack vare introduktionen av innovativ teknik, har trycket minskat avsevärt. Till exempel gjordes en omvandlare som låter dig sänka tryckindikatorn till 8106 - 15106 Pa.
Modernisering av frontkretsen har avsevärt minskat sannolikheten för att hitta katalytiska gifter i den - svavelföreningar,klor. Kraven på katalysatorn har också ökat avsevärt. Om det tidigare framställdes genom att smälta järnoxider (kalk), tillsätta magnesium- och kalciumoxider, spelar nu koboltoxid rollen som en ny aktivator.
Oxidation av ammoniak
Vilka kännetecknar katalytiska och icke-katalytiska reaktioner? Exempel på processer som är beroende av tillsats av vissa ämnen kan övervägas baserade på oxidation av ammoniak:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Denna process är möjlig vid en temperatur på cirka 800°C, såväl som en selektiv katalysator. För att påskynda interaktionen används platina och dess legeringar med mangan, järn, krom och kobolt. För närvarande är den huvudsakliga industriella katalysatorn en blandning av platina med rodium och palladium. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt att avsevärt minska kostnaderna för processen.
Vattennedbrytning
Med tanke på ekvationerna för katalytiska reaktioner kan man inte ignorera reaktionen att erhålla gasformigt syre och väte genom vattenelektrolys. Processen innebär betydande energikostnader, så den används sällan i industriell skala.
Metallplatina med en partikelstorlek på cirka 5-10 nm (nanokluster) fungerar som en optimal accelerator för en sådan process. Införandet av ett sådant ämne påskyndar nedbrytningen av vatten med 20-30 procent. Andra fördelar inkluderar stabiliteten hos platinakolmonoxidkatalysatorn.
Under 2010ett team av amerikanska forskare fick en billig katalysator som minskar energiförbrukningen för vattenelektrolys. De blev en förening av nickel och bor, vars kostnad är betydligt lägre än platina. Bor-nickel-katalysatorn har uppskattats vid produktion av industriellt väte.
Syntes av aluminiumjodid
Få det här s altet genom att reagera aluminiumpulver med jod. En droppe vatten räcker för att fungera som en katalysator för att initiera en kemisk reaktion.
För det första fungerar aluminiumoxidfilmen som en accelerator för processen. Jod, som löses i vatten, bildar en blandning av jodväte- och jodsyror. Syran löser i sin tur upp aluminiumoxidfilmen och fungerar som en katalysator för den kemiska processen.
Sammanfatta
Varje år ökar omfattningen av tillämpningen av katalytiska processer inom olika områden av modern industri. Katalysatorer efterfrågas som gör att du kan neutralisera ämnen som är skadliga för miljön. Rollen för föreningar som är nödvändiga för tillverkning av syntetiska kolväten från kol och gas växer också. Ny teknik hjälper till att minska energikostnaderna vid industriell produktion av olika ämnen.
Tack vare katalys är det möjligt att erhålla polymerföreningar, produkter med värdefulla egenskaper, modernisera teknologier för att omvandla bränsle till elektrisk energi, syntetisera ämnen som behövs förmänskligt liv och aktiviteter.
