Katalytické reakcie: príklady z anorganickej chémie

Vďaka rýchlemu rastu priemyslu sú katalytické reakcie čoraz viac žiadané v chemickej výrobe, strojárstve, metalurgii. Vďaka použitiu katalyzátorov je možné premeniť suroviny nízkej kvality na hodnotný produkt.

Význam

Katalytické reakcie sa líšia v rôznych použitých činidlách. V organickej syntéze prispievajú k významnému urýchleniu dehydrogenácie, hydrogenácie, hydratácie, oxidácie, polymerizácie. Katalyzátor možno považovať za "kameň mudrcov", ktorý premieňa suroviny na hotové výrobky: vlákna, , liek, , chemikálie, hnojivá, palivá, plasty.

Katalytické reakcie umožňujú získať množstvo produktov, bez ktorých nie je možný normálny ľudský život a činnosť.

Katalýza umožňuje urýchliť procesy tisíce a milióny krát, takže sa v súčasnosti používa v 91% rôznych chemických priemyselných odvetví.

Zaujímavé fakty

Mnoho moderných priemyselných procesov, napríklad syntéza kyseliny sírovej, je možné len vtedy, ak katalyzátor. Široká škála katalytických činidiel zaisťuje tvorbu motorových olejov pre automobilový priemysel priemysel. V 1900, prvý čas v priemyselnom meradle katalytická syntéza margarínu z rastlinných surovín (hydrogenáciou).

bol vykonaný od roku 1920, bol vyvinutý mechanizmus katalytických reakcií na výrobu vlákien a plastov. Významnou udalosťou bola katalytická výroba esterov, olefínov, karboxylových kyselín, a iné východiskové materiály na výrobu z polymérnych zlúčenín sa používa.

Rafinácia ropy

Od polovice minulého storočia sa pri rafinácii ropy používajú katalytické reakcie. Spracovanie tejto cennej prírodnej fosílie zahŕňa niekoľko katalytických procesov naraz:

• reforma;

• praskanie;

• hydrosulfurizácia;

• polymerizácia;

• hydrokrakovanie;

• alkylácia.

Od konca minulého storočia je možné vyvinúť katalyzátor, ktorý znižuje emisie výfukových plynov do atmosféry.

Za práce súvisiace s katalýzou a príbuznými oblasťami bolo udelených niekoľko Nobelových cien.

Praktický význam

Katalytická reakcia je akýkoľvek proces, ktorý zahŕňa použitie urýchľovačov (katalyzátorov). Na posúdenie praktického významu takýchto interakcií možno ako príklad uviesť reakcie spojené s dusíkom a jeho zlúčeninami. Pretože toto množstvo je svojou povahou veľmi obmedzené, tvorba potravinových bielkovín bez použitia syntetického amoniaku je veľmi problematická. Problém bol vyriešený vývojom katalytického procesu Haber-Bosch. Oblasť použitia katalyzátorov sa neustále rozširuje, čo umožňuje zvýšiť účinnosť mnohých technológií.

Výroba amoniaku

Zvážte niektoré katalytické reakcie. Príklady z anorganickej chémie budú uvedené na základe najbežnejších produkcií. Syntéza amoniaku je exotermická, reverzibilná reakcia, ktorá sa vyznačuje znížením objemu plynnej látky. Proces prebieha na katalyzátore, ktorým je pórovité železo s prídavkom oxidu hlinitého, vápnika, draslíka, kremíka. Takýto katalyzátor je aktívny a stabilný v teplotnom rozsahu 650-830K.

Jeho zlúčeniny síry, najmä oxid uhoľnatý (CO), ho nenávratne posielali. v posledných desaťročiach, vďaka zavedeniu inovatívnych technológií , bolo možné výrazne znížiť tlak. Napríklad bol vyrobený konvertor, ktorý umožňuje znížiť indikátor tlaku na 8*106 — 15*106 Pa .

Modernizácia čelného okruhu výrazne znížila pravdepodobnosť nájdenia katalytických jedov v ňom-zlúčeniny síry, chlór. Požiadavky na katalyzátor sa tiež výrazne zvýšili. Ak sa predtým vyrábal tavením oxidov železa( vodného kameňa), pridaním oxidov horčíka a vápnika, teraz hrá oxid kobaltu úlohu nového aktivátora.

Oxidácia amoniaku

Aké sú vlastnosti katalytických a nekatalytických reakcií? Príklady procesov, ktoré závisia od pridania určitých látok, možno zvážiť na základe oxidácie amoniaku:

4NH₃+ 5O₂= 4NO + 6H₂O.

Tento proces je možný pri teplote asi 800 °C, ako aj pri selektívnom katalyzátore. Platina a jej zliatiny s mangánom, železom, chrómom a kobaltom sa používajú na urýchlenie interakcie. V súčasnosti je hlavným priemyselným katalyzátorom zmes platiny s ródiom a paládiom. Tento prístup umožnil výrazne znížiť náklady na proces.

Rozklad vody

Vzhľadom na rovnice katalytických reakcií nie je možné ignorovať reakciu získavania plynného kyslíka a vodíka elektrolýzou vody. Tento proces zahŕňa značnú spotrebu energie, preto sa v priemyselnom meradle používa zriedka.

Optimálnym urýchľovačom pre takýto proces je kovová platina s veľkosťou častíc rádovo 5-10 nm (nanoklastre). Zavedenie takejto látky urýchľuje rozklad vody o 20-30 percent. Medzi výhody je tiež možné zaznamenať stabilitu platinového katalyzátora s oxidom uhoľnatým.

V roku 2010 dostal tím amerických vedcov lacný katalyzátor, ktorý umožňuje znížiť spotrebu energie na elektrolýzu vody. Bola to kombinácia niklu a bóru, ktorých cena je výrazne nižšia ako platina. Katalyzátor bóru a niklu bol ocenený pri výrobe priemyselného vodíka.

Syntéza jodidu hlinitého

Táto soľ sa získava reakciou hliníkového prášku s jódom. Jedna kvapka vody, ktorá hrá úlohu katalyzátora, stačí na spustenie chemickej interakcie.

Po prvé, úloha urýchľovača procesu sa vykonáva filmom oxidu hlinitého. Jód, ktorý sa rozpúšťa vo vode, tvorí zmes jódových a jódových kyselín. Kyselina zase rozpúšťa film oxidu hlinitého a pôsobí ako katalyzátor chemického procesu.

Poďme zhrnúť výsledky

Rozsah aplikácie katalytických procesov v rôznych oblastiach moderného priemyslu sa každým rokom zvyšuje. Katalyzátory, ktoré umožňujú neutralizovať látky nebezpečné pre životné prostredie je žiadané. Úloha zlúčenín, potrebné pre rastie aj výroba syntetických uhľovodíkov z uhlia a plynu. Nové technológie prispieť k zníženiu náklady na energiu v priemyselnej výrobe rôznych látok.

Vďaka katalýze je možné získať polymérne zlúčeniny, výrobky s cennými vlastnosťami, modernizovať technológie na premenu paliva na elektrickú energiu, syntetizovať látky potrebné pre ľudský život a činnosť.