Katalitikus reakciók: példák a szervetlen kémiából

Az ipar gyors növekedése miatt a katalitikus reakciók egyre nagyobb keresletet igényelnek a vegyiparban, a gépiparban, a kohászatban. A katalizátorok használatának köszönhetően az alacsony minőségű nyersanyagokat értékes termékké lehet alakítani.

Jelentőség

A katalitikus reakciók különböznek az alkalmazott szerek sokféleségében. A szerves szintézisben hozzájárulnak a dehidrogénezés, a hidrogénezés, a hidratálás, az oxidáció, a polimerizáció jelentős gyorsulásához. A katalizátor "filozófus kőjének" tekinthető, amely a nyersanyagokat késztermékekké alakítja: rostok, gyógyszerek, vegyi anyagok, műtrágyák, üzemanyagok, műanyagok.

A katalitikus reakciók lehetővé teszik számos termék előállítását, amelyek nélkül a normális emberi élet és tevékenység lehetetlen.

A katalízis lehetővé teszi a folyamatok több ezer millió alkalommal történő felgyorsítását, így jelenleg a különböző vegyipar 91% - ában használják.

Érdekes tények

Számos modern ipari folyamat, például a kénsav szintézise, csak katalizátor esetén valósítható meg. A katalizátorok széles választéka biztosítja a motorolajok létrehozását az autóipar számára ipar. A 1900, az első idő ipari méretekben, a margarin katalitikus szintézise növényi nyersanyagokból (hidrogénezéssel).

1920 óta végezték el, a szálak és műanyagok előállítására szolgáló katalitikus reakciók mechanizmusát fejlesztették ki. Mérföldkőnek számító esemény volt az észterek katalitikus előállítása, olefinek, karbonsavakból, és egyéb kiindulási anyagok gyártásához polimer vegyületeket használnak.

Olajfinomítás

A múlt század közepe óta katalitikus reakciókat alkalmaztak az olajfinomításban. Ennek az értékes természetes kövületnek a feldolgozása egyszerre több katalitikus folyamatot foglal magában:

• reform;

• repedés;

• hidroszulfurizáció;

• polimerizáció;

• hidrokrakkolás;

• alkilezés.

A múlt század vége óta lehetséges olyan katalizátor kifejlesztése, amely csökkenti a kipufogógáz-kibocsátást a légkörbe.

Számos Nobel-díjat ítéltek oda a katalízishez és a kapcsolódó területekhez kapcsolódó munkákért.

Gyakorlati jelentőség

A katalitikus reakció minden olyan folyamat, amely gyorsítók (katalizátorok)használatát foglalja magában. Az ilyen kölcsönhatások gyakorlati jelentőségének felmérésére példaként említhetjük a nitrogénnel és vegyületeivel kapcsolatos reakciókat. Mivel ez a mennyiség nagyon korlátozott, az élelmiszer-fehérje létrehozása szintetikus ammónia használata nélkül nagyon problematikus. A problémát a Haber-Bosch katalitikus eljárás fejlesztésével oldották meg. A katalizátorok felhasználási területe folyamatosan bővül, ami lehetővé teszi számos technológia hatékonyságának növelését.

Ammónia termelés

Vegyünk néhány katalitikus reakciót. A szervetlen kémia példáit a leggyakoribb produkciók alapján adjuk meg. Az ammóniaszintézis exoterm, reverzibilis reakció, amelyet egy gáznemű anyag térfogatának csökkenése jellemez. Az eljárás katalizátoron történik, amely porózus vas alumínium-oxid, kalcium, kálium, szilícium hozzáadásával. Az ilyen katalizátor aktív és stabil a 650-830K hőmérsékleti tartományban.

Kénvegyületei, különösen a szén-monoxid (CO) visszafordíthatatlanul elküldték. Az elmúlt évtizedekben a bevezetésnek köszönhetően innovatív technológiák , lehetővé vált a nyomás jelentős csökkentése. Például egy átalakítót készítettek, amely lehetővé teszi a nyomásjelző csökkentését 8*106 — 15*106 Pa .

Az elülső áramkör korszerűsítése jelentősen csökkentette a katalitikus mérgek megtalálásának valószínűségét - kénvegyületek, klór. A katalizátorra vonatkozó követelmények szintén jelentősen megnőttek. Ha korábban vas-oxidok (skála) olvasztásával, magnézium és kalcium-oxidok hozzáadásával állították elő, akkor a kobalt-oxid új aktivátor szerepet játszik.

Ammónia oxidáció

Melyek a katalitikus és nem katalitikus reakciók jellemzői? Példák olyan folyamatokra, amelyek bizonyos anyagok hozzáadásától függenek, az ammónia oxidációja alapján tekinthetők meg:

4NH₃+ 5O₂= 4NEM+ 6 ÓRA₂O.

Ez a folyamat körülbelül 800cc hőmérsékleten, valamint szelektív katalizátoron lehetséges. A platina és mangán, vas, króm és kobalt ötvözetei a kölcsönhatás felgyorsítására szolgálnak. Jelenleg a fő ipari katalizátor a platina keveréke ródiummal és palládiummal. Ez a megközelítés lehetővé tette a folyamat költségeinek jelentős csökkentését.

A víz bomlása

Figyelembe véve a katalitikus reakciók egyenleteit, lehetetlen figyelmen kívül hagyni a gáznemű oxigén és hidrogén víz elektrolízisével történő előállításának reakcióját. A folyamat jelentős energiafogyasztással jár, ezért ritkán használják ipari méretekben.

Az ilyen eljárás optimális gyorsítója a fémes platina, amelynek részecskemérete 5-10 nm (nanoklaszterek). Egy ilyen anyag bevezetése 20-30% - kal felgyorsítja a víz bomlását. Az előnyök között meg lehet jegyezni a platina katalizátor stabilitását szén-monoxiddal is.

2010-ben egy amerikai tudóscsoport olcsó katalizátort kapott, amely lehetővé teszi az energiafogyasztás csökkentését a víz elektrolíziséhez. A nikkel és a bór kombinációja volt, amelynek költsége lényegesen alacsonyabb, mint a platina. A bór-nikkel katalizátort az ipari hidrogén előállítása során értékelték.

Alumínium-jodid szintézise

Ezt a sót úgy kapjuk, hogy alumíniumport jóddal reagáltatunk. Egy csepp víz, amely katalizátor szerepet játszik, elegendő a kémiai kölcsönhatás megkezdéséhez.

Először is, a folyamat gyorsítójának szerepét alumínium-oxid film végzi. A vízben oldódó jód hidro-jódos savak keverékét képezi. A sav viszont feloldja az alumínium-oxid filmet, amely a kémiai folyamat katalizátoraként működik.

Összefoglaljuk az eredményeket

A katalitikus folyamatok alkalmazási köre a modern ipar különböző területein évről évre növekszik. Katalizátorok, amelyek lehetővé teszik a veszélyes anyagok semlegesítését a környezet iránti kereslet. A vegyületek szerepe, szükséges a szintetikus szénhidrogének szénből és gázból történő előállítása is növekszik. Új technológiák hozzájárul a csökkentéshez energiaköltségek különböző anyagok ipari termelésében.

A katalízisnek köszönhetően polimer vegyületeket, értékes tulajdonságokkal rendelkező termékeket lehet előállítani, korszerűsíteni az üzemanyag elektromos energiává történő átalakítására szolgáló technológiákat, szintetizálni az emberi élethez és tevékenységhez szükséges anyagokat.