Reakcje katalityczne: przykłady z chemii nieorganicznej

Wraz z szybkim rozwojem przemysłu reakcje katalityczne nabierają coraz większego znaczenia w produkcji chemicznej, budowie maszyn, metalurgii. Przy użyciu katalizatorów, surowce niskiej klasy mogą być przetwarzane na produkty o wysokiej wartości.

Znaczenie

Reakcje katalityczne charakteryzują się różnorodnością stosowanych czynników. W syntezie organicznej znacznie przyspieszają dehydrogenację, uwodornienie, hydratację, utlenianie, polimeryzację. Katalizator jest kamieniem filozoficznym, który przekształca surowce w produkty końcowe: włókna, produkty lecznicze, chemikalia, nawozy, paliwa, tworzywa sztuczne.

Reakcje katalityczne umożliwiają uzyskanie wielu produktów, bez których nie byłoby możliwe normalne życie i działalność człowieka.

Kataliza może przyspieszyć procesy o tysiące i miliony razy, dlatego jest obecnie stosowana w 91% wszystkich gałęzi przemysłu.

Ciekawostki

Wiele nowoczesnych procesów przemysłowych, jak np. synteza kwasu siarkowego, może być realizowanych tylko przy użyciu katalizatorów. Duża różnorodność czynników katalitycznych zapewnia produkcję olejów silnikowych dla motoryzacji przemysł. В W 1900 roku miały miejsce pierwsze reakcje katalityczne Katalityczna synteza margaryny z materiału roślinnego (poprzez uwodornienie) została osiągnięta na skalę przemysłową.

Od 1920 r. opracowano mechanizm reakcji katalitycznych służących do produkcji włókien i tworzyw sztucznych. Katalityczna derywatyzacja estrów, olefin, kwasy karboksylowe, jak również inne substancje wyjściowe zrobić związki polimerowe.

rafinacja ropy naftowej

Od połowy ubiegłego wieku reakcje katalityczne są stosowane w rafinacji ropy naftowej. Przetwarzanie tego cennego surowca naturalnego obejmuje kilka procesów katalitycznych:

• reformowanie;

• krakowanie;

• hydrosiarka;

• polimeryzacja;

• hydrokraking;

• alkilacja.

Od końca ubiegłego wieku udało się opracować katalizator, który pozwala na zmniejszenie emisji spalin z.

Za prace w dziedzinie katalizy i dziedzinach pokrewnych przyznano kilka nagród Nobla.

Znaczenie praktyczne

Reakcja katalityczna to każdy proces, w którym stosuje się przyspieszacze (katalizatory). Aby ocenić praktyczne znaczenie takich oddziaływań, przedstawiono przykłady reakcji z udziałem azotu i jego związków. Ponieważ ilość ta jest bardzo ograniczona w przyrodzie, stworzenie białka spożywczego bez użycia syntetycznego amoniaku jest bardzo problematyczne. Problem ten został rozwiązany dzięki opracowaniu procesu katalitycznego Gaber-Bosch. Pole zastosowań katalizatorów stale się poszerza, zwiększając tym samym efektywność wielu technologii.

Produkcja amoniaku

Rozważmy kilka reakcji katalitycznych. Przykłady z chemii nieorganicznej. Synteza amoniaku jest egzotermiczną, odwracalną reakcją charakteryzującą się zmniejszeniem objętości substancji gazowej. Proces prowadzony jest na katalizatorze, którym jest porowate żelazo z dodatkiem tlenku glinu, wapnia, potasu, krzemu. Katalizator taki jest aktywny i stabilny w zakresie temperatur 650-830K.

związki siarki, w szczególności tlenek węgla (CO), nieodwracalnie go odsyłają. W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat, dzięki wprowadzeniu mechanizmu reakcji unipolarnej, opracowano katalizator innowacyjnych technologii ciśnienie zostało znacznie zmniejszone. Przykładowo wykonano konwerter, który pozwala zmniejszyć parametr ciśnienia do 8*106 - 15*106 Pa .

Modernizacja obwodu czołowego znacznie zmniejszyła prawdopodobieństwo wystąpienia trucizn katalitycznych - związków siarki, chloru. Znacznie wzrosły również wymagania dotyczące katalizatorów. Podczas gdy wcześniej produkowano go poprzez topienie tlenków żelaza (kamienia) z dodatkiem tlenków magnezu i wapnia, obecnie rolę nowego aktywatora pełni tlenek kobaltu.

Utlenianie amoniaku

Czym charakteryzują się reakcje katalityczne i niekatalityczne?? Przykłady procesów, które zależą od dodawania pewnych substancji, można zauważyć w utlenianiu amoniaku:

4NH₃+ 5O₂= 4NO+ 6H₂O.

Proces ten może być prowadzony w temperaturze około 800 °C i przy użyciu selektywnego katalizatora. Platyna i jej stopy z manganem, żelazem, chromem, kobaltem służą do przyspieszenia oddziaływania. Obecnie głównym katalizatorem przemysłowym jest mieszanina platyny z rodem i palladem. Takie podejście pozwoliło na znaczne obniżenie kosztów procesu.

Rozkład wody

Biorąc pod uwagę równania reakcji katalitycznych, nie można pominąć reakcji wytwarzania gazowego tlenu i wodoru w wyniku elektrolizy wody. Proces ten wymaga znacznych nakładów energii, dlatego nie jest często stosowany w przemyśle.

Metaliczna platyna o wielkości cząstek 5-10 nm (nanoklastry) jest optymalnym akceleratorem dla tego procesu. Wprowadzenie takiej substancji przyspiesza rozkład wody o 20-30 proc. Do zalet należy również odporność katalizatora platynowego na tlenek węgla.

W 2010 roku zespół amerykańskich naukowców uzyskał tani katalizator, który pozwala na obniżenie kosztów energii dla przebiegu elektrolizy wody. Jest to związek niklu i boru, który kosztuje znacznie mniej niż platyna. Katalizator borowo-niklowy został doceniony w produkcji wodoru przemysłowego.

Synteza jodku glinu

Sól ta powstaje w wyniku oddziaływania proszku aluminiowego z jodem. Wystarczy jedna kropla wody działająca jako katalizator, aby zainicjować oddziaływanie chemiczne.

Po pierwsze, warstwa tlenku aluminium działa jak katalizator. Jod rozpuszcza się w wodzie tworząc mieszaninę jodu z wodorem i kwasu jodowo-witowego. Kwas z kolei rozpuszcza warstwę tlenku aluminium, działając jako katalizator w procesie chemicznym.

Podsumujmy

Zastosowanie procesów katalitycznych w wielu różnych dziedzinach nowoczesnego przemysłu rośnie z roku na rok. Potrzebne są katalizatory, które pomagają neutralizować substancje niebezpieczne dla środowiska. Rośnie też rola związków, potrzebny do syntetyczne węglowodory z węgla i gazu. Nowe technologie przyczynić się do zmniejszenia Nakłady energetyczne w produkcji przemysłowej wielu różnych substancji.

Dzięki katalizie możliwe jest wytwarzanie związków polimerowych, produktów o cennych właściwościach, unowocześnianie technologii przetwarzania paliw w energię elektryczną, synteza substancji niezbędnych do życia i działalności człowieka.