På grunn av den raske veksten i industrien, blir katalytiske reaksjoner mer og mer etterspurt innen kjemisk produksjon, maskinteknikk og metallurgi. Takket være bruken av katalysatorer er det mulig å gjøre lavverdige råvarer til et verdifullt produkt.
Betydning
Katalytiske reaksjoner utmerker seg ved mangfoldet av midler som brukes. I organisk syntese bidrar de til en betydelig akselerasjon av dehydrogenering, hydrogenering, hydrering, oksidasjon og polymerisering. Katalysatoren kan betraktes som en «vises stein» som gjør råvarer til ferdige produkter: fibre, medikamenter, kjemikalier, gjødsel, drivstoff, plast.
Katalytiske reaksjoner gjør det mulig å få tak i en rekke produkter, uten hvilke norm alt liv og menneskelig aktivitet er umulig.
Catalysis lar deg fremskynde prosesser itusenvis og millioner av ganger, og det er derfor det brukes i 91 % av ulike kjemiske industrier.
Interessante fakta
Mange moderne industrielle prosesser, som syntese av svovelsyre, kan bare utføres ved hjelp av en katalysator. Et bredt utvalg av katalytiske midler sikrer dannelsen av motoroljer for bilindustrien. I 1900 ble det for første gang i industriell skala utført en katalytisk syntese av margarin fra vegetabilske råvarer (ved hydrogenering).
Siden 1920 har det blitt utviklet en mekanisme for katalytiske reaksjoner ved produksjon av fiber og plast. En landemerkebegivenhet var den katalytiske produksjonen av estere, olefiner, karboksylsyrer, samt andre utgangsmaterialer for fremstilling av polymerforbindelser.
Oljeraffinering
Siden midten av forrige århundre har katalytiske reaksjoner blitt brukt i oljeraffinering. Behandlingen av denne verdifulle naturressursen involverer flere katalytiske prosesser samtidig:
- reforming;
- cracking;
- hydrosulfonering;
- polymerization;
- hydrocracking;
- alkylering.
Siden slutten av forrige århundre har det vært mulig å utvikle en katalysator for å redusere eksosutslipp til atmosfæren.
Flere Nobelpriser har blitt delt ut for arbeid innen katalyse og relaterte felt.
Praktisk relevans
En katalytisk reaksjon er enhver prosess som involverer bruk av akseleratorer (katalysatorer). For å vurdere den praktiske betydningen av slike interaksjoner kan man som eksempel nevne reaksjonene knyttet til nitrogen og dets forbindelser. Siden denne mengden er svært begrenset i naturen, er det svært problematisk å lage matprotein uten bruk av syntetisk ammoniakk. Problemet ble løst med utviklingen av Haber-Bosch katalytiske prosess. Bruken av katalysatorer utvides stadig, noe som gjør det mulig å øke effektiviteten til mange teknologier.
Ammoniakkproduksjon
La oss vurdere noen katalytiske reaksjoner. Eksempler fra uorganisk kjemi er gitt med utgangspunkt i de vanligste næringene. Syntesen av ammoniakk er en eksoterm, reversibel reaksjon, som er preget av en reduksjon i volumet av det gassformige stoffet. Prosessen foregår på en katalysator, som er porøst jern med tilsetning av aluminiumoksid, kalsium, kalium, silisium. En slik katalysator er aktiv og stabil i temperaturområdet 650-830K.
Irreversibelt sende den svovelforbindelser, spesielt karbonmonoksid (CO). I løpet av de siste tiårene, takket være introduksjonen av innovative teknologier, har presset blitt betydelig redusert. For eksempel ble det laget en omformer som lar deg senke trykkindikatoren til 8106 - 15106 Pa.
Modernisering av frontkretsen har betydelig redusert sannsynligheten for å finne katalytiske giftstoffer i den - svovelforbindelser,klor. Kravene til katalysatoren har også økt betydelig. Hvis det tidligere ble produsert ved å smelte jernoksider (avleiring), tilsetning av magnesium og kalsiumoksider, spiller nå koboltoksid rollen som en ny aktivator.
Oxidation of ammonia
Hva kjennetegner katalytiske og ikke-katalytiske reaksjoner? Eksempler på prosesser som er avhengig av tilsetning av visse stoffer kan vurderes basert på oksidasjon av ammoniakk:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Denne prosessen er mulig ved en temperatur på ca. 800°C, i tillegg til en selektiv katalysator. For å akselerere interaksjonen brukes platina og dets legeringer med mangan, jern, krom og kobolt. For tiden er den viktigste industrielle katalysatoren en blanding av platina med rhodium og palladium. Denne tilnærmingen gjorde det mulig å redusere kostnadene for prosessen betydelig.
Vannnedbrytning
Med tanke på ligningene for katalytiske reaksjoner, kan man ikke ignorere reaksjonen med å oppnå gassformig oksygen og hydrogen ved vannelektrolyse. Prosessen innebærer betydelige energikostnader, så den brukes sjelden i industriell skala.
Metalplatina med en partikkelstørrelse på ca. 5-10 nm (nanoclusters) fungerer som en optimal akselerator for en slik prosess. Innføringen av et slikt stoff akselererer nedbrytningen av vann med 20-30 prosent. Andre fordeler inkluderer stabiliteten til platinakarbonmonoksidkatalysatoren.
I 2010et team av amerikanske forskere mottok en billig katalysator som reduserer energiforbruket til vannelektrolyse. De ble en forbindelse av nikkel og bor, hvis kostnad er betydelig lavere enn platina. Bor-nikkel-katalysatoren har blitt verdsatt i produksjonen av industriell hydrogen.
Syntese av aluminiumjodid
Få dette s altet ved å reagere aluminiumspulver med jod. En dråpe vann er nok til å fungere som en katalysator for å sette i gang en kjemisk reaksjon.
For det første fungerer aluminiumoksidfilmen som en akselerator for prosessen. Jod, som løses opp i vann, danner en blanding av jodsyre og jodsyre. Syren løser i sin tur opp aluminiumoksidfilmen, og fungerer som en katalysator for den kjemiske prosessen.
Sumarize
Hvert år øker omfanget av anvendelse av katalytiske prosesser i ulike områder av moderne industri. Katalysatorer er etterspurt som lar deg nøytralisere stoffer som er skadelige for miljøet. Rollen til forbindelser som er nødvendige for fremstilling av syntetiske hydrokarboner fra kull og gass vokser også. Ny teknologi bidrar til å redusere energikostnadene i industriell produksjon av ulike stoffer.
Takket være katalyse er det mulig å skaffe polymerforbindelser, produkter med verdifulle egenskaper, modernisere teknologier for å konvertere drivstoff til elektrisk energi, syntetisere stoffer som er nødvendige formenneskeliv og aktiviteter.
