Datorită creșterii rapide a industriei, reacțiile catalitice devin din ce în ce mai solicitate în producția chimică, inginerie mecanică și metalurgie. Datorită utilizării catalizatorilor, este posibilă transformarea materiilor prime de calitate scăzută într-un produs valoros.
Semnificație
Reacțiile catalitice se disting prin varietatea agenților utilizați. În sinteza organică, ele contribuie la o accelerare semnificativă a dehidrogenării, hidrogenării, hidratării, oxidării și polimerizării. Catalizatorul poate fi considerat o „piatra filosofală” care transformă materiile prime în produse finite: fibre, medicamente, substanțe chimice, îngrășăminte, combustibili, materiale plastice.
Reacțiile catalitice fac posibilă obținerea a numeroase produse, fără de care viața normală și activitatea umană sunt imposibile.
Catalysis vă permite să accelerați procesele înde mii și milioane de ori, motiv pentru care este utilizat în prezent în 91% din diverse industrii chimice.
Fapte interesante
Multe procese industriale moderne, cum ar fi sinteza acidului sulfuric, pot fi efectuate numai folosind un catalizator. O mare varietate de agenți catalitici asigură crearea de uleiuri de motor pentru industria auto. În 1900, pentru prima dată la scară industrială, s-a realizat o sinteză catalitică a margarinei din materii prime vegetale (prin hidrogenare).
Din 1920, a fost dezvoltat un mecanism pentru reacțiile catalitice în producția de fibre și materiale plastice. Un eveniment marcant a fost producția catalitică de esteri, olefine, acizi carboxilici, precum și alte materii prime pentru fabricarea compușilor polimerici.
Rafinarea petrolului
De la mijlocul secolului trecut, reacțiile catalitice au fost folosite în rafinarea petrolului. Prelucrarea acestei valoroase resurse naturale implică mai multe procese catalitice simultan:
- reforma;
- cracking;
- hidrosulfonare;
- polimerizare;
- hidrocracare;
- alchilare.
De la sfârșitul secolului trecut, a fost posibil să se dezvolte un convertor catalitic pentru a reduce emisiile de eșapament în atmosferă.
Au fost acordate mai multe premii Nobel pentru munca în cataliză și în domenii conexe.
Relevanță practică
O reacție catalitică este orice proces care implică utilizarea de acceleratori (catalizatori). Pentru a evalua semnificația practică a unor astfel de interacțiuni, se pot cita ca exemplu reacțiile asociate cu azotul și compușii săi. Deoarece această cantitate este foarte limitată în natură, crearea de proteine alimentare fără utilizarea amoniacului sintetic este foarte problematică. Problema a fost rezolvată cu dezvoltarea procesului catalitic Haber-Bosch. Utilizarea catalizatorilor este în continuă expansiune, ceea ce face posibilă creșterea eficienței multor tehnologii.
Producerea de amoniac
Să luăm în considerare câteva reacții catalitice. Exemple din chimia anorganică sunt date pe baza celor mai comune industrii. Sinteza amoniacului este o reacție exotermă, reversibilă, care se caracterizează printr-o scădere a volumului substanței gazoase. Procesul are loc pe un catalizator, care este fier poros cu adaos de oxid de aluminiu, calciu, potasiu, siliciu. Un astfel de catalizator este activ și stabil în intervalul de temperatură 650-830K.
Trimite ireversibil compuși de sulf, în special monoxid de carbon (CO). În ultimele decenii, datorită introducerii tehnologiilor inovatoare, presiunea a fost redusă semnificativ. De exemplu, a fost realizat un convertor care vă permite să reduceți indicatorul de presiune la 8106 - 15106 Pa.
Modernizarea circuitului frontal a redus semnificativ probabilitatea de a găsi otrăvuri catalitice în el - compuși cu sulf,clor. Cerințele pentru catalizator au crescut, de asemenea, semnificativ. Dacă mai devreme era produs prin topirea oxizilor de fier (calamă), adăugând oxizi de magneziu și calciu, acum oxidul de cob alt joacă rolul unui nou activator.
Oxidarea amoniacului
Care sunt caracteristicile reacțiilor catalitice și necatalitice? Exemple de procese care depind de adăugarea anumitor substanțe pot fi luate în considerare pe baza oxidării amoniacului:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Acest proces este posibil la o temperatură de aproximativ 800°C, precum și un catalizator selectiv. Pentru a accelera interacțiunea, se utilizează platina și aliajele sale cu mangan, fier, crom și cob alt. În prezent, principalul catalizator industrial este un amestec de platină cu rodiu și paladiu. Această abordare a făcut posibilă reducerea semnificativă a costului procesului.
Descompunerea apei
Având în vedere ecuațiile reacțiilor catalitice, nu se poate ignora reacția de obținere a oxigenului și hidrogenului gazos prin electroliza apei. Procesul implică costuri semnificative de energie, așa că este utilizat rar la scară industrială.
Metal platina cu o dimensiune a particulelor de aproximativ 5-10 nm (nanoclustere) acţionează ca un accelerator optim pentru un astfel de proces. Introducerea unei astfel de substanțe accelerează descompunerea apei cu 20-30 la sută. Alte beneficii includ stabilitatea catalizatorului de monoxid de carbon de platină.
În 2010o echipă de oameni de știință americani a primit un catalizator ieftin care reduce consumul de energie pentru electroliza apei. Au devenit un compus de nichel și bor, al cărui cost este semnificativ mai mic decât platina. Catalizatorul bor-nichel a fost apreciat în producția de hidrogen industrial.
Sinteza iodurii de aluminiu
Obțineți această sare prin reacția pulberii de aluminiu cu iod. O picătură de apă este suficientă pentru a acționa ca catalizator pentru a iniția o reacție chimică.
În primul rând, pelicula de oxid de aluminiu acționează ca un accelerator al procesului. Iodul, dizolvat în apă, formează un amestec de acizi iodhidric și iod. Acidul, la rândul său, dizolvă pelicula de oxid de aluminiu, acționând ca un catalizator pentru procesul chimic.
Rezumat
În fiecare an, scara de aplicare a proceselor catalitice în diferite domenii ale industriei moderne este în creștere. Sunt solicitați catalizatori care vă permit să neutralizați substanțele periculoase pentru mediu. De asemenea, este în creștere rolul compușilor necesari pentru fabricarea hidrocarburilor sintetice din cărbune și gaz. Noile tehnologii ajută la reducerea costurilor energetice în producția industrială a diferitelor substanțe.
Gratie catalizei, se pot obtine compusi polimerici, produse cu proprietati valoroase, modernizarea tehnologiilor de transformare a combustibilului in energie electrica, sintetizarea substantelor necesare pt.viața și activitățile umane.
