Katalitičke reakcije: primjeri iz neorganske hemije

Zbog brzog rasta industrije, katalitičke reakcije postaju sve traženije u hemijskoj proizvodnji, mašinstvu, metalurgiji. Zahvaljujući upotrebi katalizatora, moguće je pretvoriti niskokvalitetne sirovine u vrijedan proizvod.

Značaj

Katalitičke reakcije razlikuju se po raznolikosti korištenih sredstava. U organskoj sintezi doprinose značajnom ubrzanju dehidrogenacije, hidrogenacije, hidratacije, oksidacije, polimerizacije. Katalizator se može smatrati "kamenom filozofa" koji sirovine pretvara u gotove proizvode: vlakna, lijekovi, hemikalije, đubriva, goriva, Plastika.

Katalitičke reakcije omogućavaju dobijanje brojnih proizvoda, bez kojih je normalan ljudski život i aktivnost nemogući.

Kataliza omogućava ubrzanje procesa hiljadama i milionima puta, pa se trenutno koristi u 91% različitih hemijskih industrija.

Interesantne činjenice

Mnogi savremeni industrijski procesi, na primer, sinteza sumporne kiseline, izvodljivi su samo ako je katalizator. Širok izbor katalitičkih sredstava osigurava stvaranje motornih ulja za automobilsku industrija. In 1900, za prvu Vrijeme u industrijskom obimu, katalitička sinteza margarina iz biljnih sirovina (hidrogenacijom).

provedeno je od 1920. godine, razvijen je mehanizam za katalitičke reakcije za proizvodnju vlakana i plastike. Značajan događaj bila je katalitička proizvodnja estera, olefina, karboksilnih kiselina, i drugi početni materijali za proizvodnju od polimernih jedinjenja se koristi.

Prerada nafte

Od sredine prošlog stoljeća katalitičke reakcije korištene su u preradi nafte. Obrada ovog vrijednog prirodnog fosila uključuje nekoliko katalitičkih procesa odjednom:

• reformisanje;

• pucanje;

• hidrosulfurizacija;

• polimerizacija;

• hidrokreking;

• alkilacija.

Od kraja prošlog stoljeća moguće je razviti katalizator koji smanjuje emisiju izduvnih gasova u atmosferu.

Nekoliko Nobelovih nagrada dodijeljeno je za radove vezane za katalizu i srodne oblasti.

Praktični značaj

Katalitička reakcija je svaki proces koji uključuje upotrebu akceleratora (katalizatora). Da bi se procijenio praktični značaj takvih interakcija, reakcije povezane s dušikom i njegovim spojevima mogu se navesti kao primjer. Pošto je ova količina veoma ograničena u prirodi, stvaranje proteina hrane bez upotrebe sintetičkog amonijaka je veoma problematično. Problem je riješen razvojem Haber-Bosch katalitičkog procesa. Polje upotrebe katalizatora se stalno širi, što omogućava povećanje efikasnosti mnogih tehnologija.

Proizvodnja amonijaka

Razmotrite neke katalitičke reakcije. Primjeri iz neorganske hemije dat će se na osnovu najčešćih produkcija. Sinteza amonijaka je egzotermna, reverzibilna reakcija, koju karakteriše smanjenje zapremine gasovite supstance. Proces se odvija na katalizatoru, koji je porozno gvožđe sa dodatkom aluminijum oksida, kalcijuma, kalijuma, silicijuma. Takav katalizator je aktivan i stabilan u temperaturnom rasponu 650-830K.

Njegova sumporna jedinjenja, posebno ugljen monoksid (CO), nepovratno ga šalju. U posljednjih nekoliko decenija, zahvaljujući uvodu inovativnih tehnologija , bilo je moguće značajno smanjiti pritisak. Na primjer, napravljen je pretvarač koji vam omogućava da smanjite indikator pritiska na 8*106 — 15*106 Pa .

Modernizacija frontalnog kruga značajno je smanjila vjerovatnoću pronalaska katalitičkih otrova u njemu — sumpornih spojeva, hlora. Zahtjevi za katalizatorom također su značajno porasli. Ako se ranije proizvodio topljenjem oksida željeza (kamenca), dodavanjem oksida magnezijuma i kalcija, sada kobalt oksid igra ulogu novog aktivatora.

Oksidacija amonijaka

Koje su karakteristike katalitičkih i nekatalitičkih reakcija? Primjeri procesa koji zavise od dodavanja određenih supstanci mogu se uzeti u obzir na osnovu oksidacije amonijaka:

4NH₃+ 5O₂= 4NO+ 6H₂O.

Ovaj proces je moguć na temperaturi od oko 800 °C, kao i selektivni katalizator. Platina i njene legure sa manganom, gvožđem, hromom i kobaltom koriste se za ubrzavanje interakcije. Trenutno je glavni industrijski katalizator mješavina platine sa rodijumom i paladijem. Ovaj pristup omogućio je značajno smanjenje troškova procesa.

Razgradnja vode

Uzimajući u obzir jednačine katalitičkih reakcija, nemoguće je zanemariti reakciju dobijanja gasovitog kiseonika i vodonika elektrolizom vode. Proces uključuje značajnu potrošnju energije, pa se rijetko koristi u industrijskom obimu.

Optimalni akcelerator za takav proces je metalna platina veličine čestica reda veličine 5-10 nm (nanoklusteri). Uvođenje takve supstance ubrzava razgradnju vode za 20-30 posto. Među prednostima je moguće istaći i stabilnost platinastog katalizatora sa ugljen monoksidom.

Tim američkih naučnika je 2010. godine dobio jeftin katalizator koji omogućava smanjenje potrošnje energije za elektrolizu vode. Bila je to kombinacija nikla i bora, čija je cijena znatno niža od platine. Bor-nikl katalizator je cijenjen u proizvodnji industrijskog vodonika.

Sinteza aluminijum jodida

Ova sol se dobija reakcijom aluminijumskog praha sa jodom. Jedna kap vode, koja igra ulogu katalizatora, dovoljna je za pokretanje hemijske interakcije.

Prvo, ulogu akceleratora procesa vrši film aluminijum oksida. Jod, rastvarajući se u vodi, formira mešavinu hidroiodnih i jodiranih kiselina. Kiselina, zauzvrat, rastvara film aluminijum oksida, delujući kao katalizator hemijskog procesa.

Rezimirajmo rezultate

Obim primjene katalitičkih procesa u različitim oblastima moderne industrije raste svake godine. Katalizatori koji omogućavaju neutralizaciju supstanci opasnih za okruženje je traženo. Uloga jedinjenja, neophodno za raste i proizvodnja sintetičkih ugljovodonika iz uglja i gasa. Nove tehnologije doprinose smanjenju troškovi energije u industrijskoj proizvodnji različitih supstanci.

Zahvaljujući katalizi moguće je dobiti polimerna jedinjenja, proizvode sa vrednim svojstvima, modernizovati tehnologije za pretvaranje goriva u električnu energiju, sintetizovati supstance neophodne za ljudski život i aktivnost.