På grund af industriens hurtige vækst bliver katalytiske reaktioner mere og mere efterspurgte inden for kemisk produktion, maskinteknik og metallurgi. Takket være brugen af katalysatorer er det muligt at forvandle lavkvalitetsråmaterialer til et værdifuldt produkt.
Betydning
Katalytiske reaktioner er kendetegnet ved de mange forskellige anvendte midler. I organisk syntese bidrager de til en betydelig acceleration af dehydrogenering, hydrogenering, hydrering, oxidation og polymerisering. Katalysatoren kan betragtes som en "de vises sten", der gør råmaterialer til færdige produkter: fibre, lægemidler, kemikalier, gødning, brændstoffer, plastik.
Katalytiske reaktioner gør det muligt at opnå adskillige produkter, uden hvilke norm alt liv og menneskelig aktivitet er umuligt.
Catalysis giver dig mulighed for at fremskynde processer itusinder og millioner af gange, hvorfor det i øjeblikket bruges i 91 % af forskellige kemiske industrier.
Interessante fakta
Mange moderne industrielle processer, såsom syntese af svovlsyre, kan kun udføres ved hjælp af en katalysator. En bred vifte af katalytiske midler sikrer skabelsen af motorolier til bilindustrien. I 1900 blev der for første gang i industriel skala udført en katalytisk syntese af margarine fra vegetabilske råvarer (ved hydrogenering).
Siden 1920 er der udviklet en mekanisme til katalytiske reaktioner ved fremstilling af fibre og plast. En skelsættende begivenhed var den katalytiske produktion af estere, olefiner, carboxylsyrer samt andre udgangsmaterialer til fremstilling af polymerforbindelser.
Olieraffinering
Siden midten af forrige århundrede er katalytiske reaktioner blevet brugt i olieraffinering. Forarbejdningen af denne værdifulde naturressource involverer flere katalytiske processer på én gang:
- reformering;
- cracking;
- hydrosulfonering;
- polymerisation;
- hydrocracking;
- alkylering.
Siden slutningen af forrige århundrede har det været muligt at udvikle en katalysator for at reducere udstødningsemissioner til atmosfæren.
Der er blevet uddelt adskillige Nobelpriser for arbejde inden for katalyse og relaterede områder.
Praktisk relevans
En katalytisk reaktion er enhver proces, der involverer brugen af acceleratorer (katalysatorer). For at vurdere den praktiske betydning af sådanne interaktioner kan man som eksempel nævne de reaktioner, der er forbundet med nitrogen og dets forbindelser. Da denne mængde er meget begrænset i sin natur, er skabelsen af fødevareprotein uden brug af syntetisk ammoniak meget problematisk. Problemet blev løst med udviklingen af Haber-Bosch katalytiske proces. Brugen af katalysatorer udvides konstant, hvilket gør det muligt at øge effektiviteten af mange teknologier.
Ammoniakproduktion
Lad os overveje nogle katalytiske reaktioner. Eksempler fra uorganisk kemi gives med udgangspunkt i de mest almindelige industrier. Syntesen af ammoniak er en eksoterm, reversibel reaktion, som er karakteriseret ved et fald i volumenet af det gasformige stof. Processen foregår på en katalysator, som er porøst jern med tilsætning af aluminiumoxid, calcium, kalium, silicium. En sådan katalysator er aktiv og stabil i temperaturområdet 650-830K.
Send det irreversibelt svovlforbindelser, især kulilte (CO). I løbet af de sidste par årtier er presset blevet reduceret betydeligt takket være introduktionen af innovative teknologier. For eksempel blev der lavet en konverter, der giver dig mulighed for at sænke trykindikatoren til 8106 - 15106 Pa.
Modernisering af frontkredsløbet har væsentligt reduceret sandsynligheden for at finde katalytiske giftstoffer i det - svovlforbindelser,klor. Kravene til katalysatoren er også steget markant. Hvis det tidligere blev fremstillet ved at smelte jernoxider (skala), tilsætte magnesium- og calciumoxider, spiller koboltoxid nu rollen som en ny aktivator.
Oxidation af ammoniak
Hvad er karakteristika ved katalytiske og ikke-katalytiske reaktioner? Eksempler på processer, der er afhængige af tilsætning af visse stoffer, kan overvejes baseret på oxidation af ammoniak:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Denne proces er mulig ved en temperatur på omkring 800°C, såvel som en selektiv katalysator. For at accelerere interaktionen bruges platin og dets legeringer med mangan, jern, krom og kobolt. I øjeblikket er den vigtigste industrielle katalysator en blanding af platin med rhodium og palladium. Denne tilgang gjorde det muligt at reducere omkostningerne ved processen markant.
Vandnedbrydning
I betragtning af ligningerne for katalytiske reaktioner kan man ikke ignorere reaktionen med at opnå gasformig oxygen og brint ved vandelektrolyse. Processen medfører betydelige energiomkostninger, så den bruges sjældent i industriel skala.
Metalplatin med en partikelstørrelse på omkring 5-10 nm (nanoclusters) fungerer som en optimal accelerator for en sådan proces. Indførelsen af et sådant stof accelererer nedbrydningen af vand med 20-30 procent. Andre fordele omfatter stabiliteten af platin-carbonmonoxid-katalysatoren.
I 2010et hold amerikanske videnskabsmænd modtog en billig katalysator, der reducerer energiforbruget til vandelektrolyse. De blev en forbindelse af nikkel og bor, hvis omkostninger er betydeligt lavere end platin. Bor-nikkel-katalysatoren er blevet værdsat i produktionen af industriel brint.
Syntese af aluminiumjodid
Få dette s alt ved at reagere aluminiumspulver med jod. En dråbe vand er nok til at fungere som en katalysator for at starte en kemisk reaktion.
For det første fungerer aluminiumoxidfilmen som en accelerator af processen. Jod, der opløses i vand, danner en blanding af jod- og jodsyre. Syren opløser til gengæld aluminiumoxidfilmen og fungerer som en katalysator for den kemiske proces.
Summarize
Hvert år øges omfanget af anvendelsen af katalytiske processer i forskellige områder af moderne industri. Katalysatorer er efterspurgte, der giver dig mulighed for at neutralisere stoffer, der er farlige for miljøet. Rollen af forbindelser, der er nødvendige til fremstilling af syntetiske kulbrinter fra kul og gas, vokser også. Nye teknologier hjælper med at reducere energiomkostningerne ved industriel produktion af forskellige stoffer.
Takket være katalyse er det muligt at opnå polymerforbindelser, produkter med værdifulde egenskaber, modernisere teknologier til at omdanne brændstof til elektrisk energi, syntetisere stoffer, der er nødvendige formenneskeliv og aktiviteter.
