Katalitične reakcije: primeri iz anorganske kemije

Zaradi močne industrijske rasti postajajo katalitične reakcije vse pomembnejše v kemični proizvodnji, strojništvu in metalurgiji. Z uporabo katalizatorjev je mogoče nizke surovine predelati v dragocene izdelke.

Pomembnost

Za katalitične reakcije je značilna vrsta uporabljenih sredstev. V organski sintezi znatno pospešujejo dehidrogenacijo, hidrogenacijo, hidratacijo, oksidacijo, polimerizacijo. Katalizator lahko obravnavamo kot "filozofski kamen", ki pretvori surovine v končne izdelke: vlakna, zdravila, kemikalije, gnojila, goriva, plastika.

Katalitične reakcije omogočajo pridobivanje številnih izdelkov, brez katerih normalno človeško življenje in dejavnost ne bi bila mogoča.

Kataliza lahko procese pospeši za tisoče in milijone krat, zato se trenutno uporablja v 91 % različnih kemijskih proizvodnih procesov.

Zanimiva dejstva

Številni sodobni industrijski procesi, kot je sinteza žveplove kisline, se lahko izvedejo le s katalizatorjem. za izdelavo motornih olj skrbi široka paleta katalizatorjev za avtomobilsko industrijo industrije. В 1900 prvi Katalitična sinteza margarine iz rastlinskega materiala (s hidrogeniranjem) v industrijskem obsegu.

Od leta 1920 je bil razvit mehanizem katalitičnih reakcij za proizvodnjo vlaken in plastičnih mas. Katalitska proizvodnja estrov, olefinov, karboksilne kisline, in druge surovine za proizvodnjo polimerne spojine.

Rafiniranje nafte

Od sredine prejšnjega stoletja se katalitske reakcije uporabljajo pri rafiniranju nafte. Rafiniranje tega dragocenega naravnega vira vključuje več katalitičnih procesov

• preoblikovanje;

• razbijanje;

• vodno žveplanje;

• polimerizacija;

• hidrokracking

• alkiliranje.

Od konca prejšnjega stoletja je bilo mogoče razviti katalizator, ki lahko zmanjša izpušne pline.

Za delo na področju katalize in sorodnih področjih je bilo podeljenih več Nobelovih nagrad.

Praktični pomen

Katalitična reakcija je vsak proces, pri katerem se uporabljajo pospeševalci (katalizatorji). Za oceno praktičnega pomena takšnih interakcij lahko kot primer navedemo reakcije, ki vključujejo dušik in njegove spojine. Ker je ta količina v naravi zelo omejena, je ustvarjanje prehranskih beljakovin brez uporabe sintetičnega amoniaka zelo problematično. Problem je bil rešen z razvojem Gaber-Boschevega katalitičnega postopka. Področje uporabe katalizatorjev se nenehno širi, kar povečuje učinkovitost številnih tehnologij.

Proizvodnja amoniaka

Oglej si nekaj katalitičnih reakcij. Primeri iz anorganske kemije. Sinteza amonijaka je eksotermna, reverzibilna reakcija, za katero je značilno zmanjšanje prostornine plinaste snovi. Postopek poteka na katalizatorju - poroznem železu z dodatkom aluminijevega oksida, kalcija, kalija, silicija. Takšen katalizator je aktiven in stabilen v temperaturnem območju 650-830 K.

žveplove spojine, zlasti ogljikov monoksid (CO). V zadnjih nekaj desetletjih se je zaradi uvedbe postopka z žveplovim oksidom inovativnih tehnologij tlak se lahko znatno zmanjša. Izdelan je bil na primer pretvornik, ki zmanjša tlak na 8*106 do 15*106 Pa .

S posodobitvijo čelnega kroga se je bistveno zmanjšala verjetnost prisotnosti žvepla, klora in drugih katalitičnih strupov v krogu. Zahteve po katalizatorju so se prav tako znatno povečale. Medtem ko so ga prej proizvajali s taljenjem železovih oksidov (luska) z dodajanjem magnezijevega in kalcijevega oksida, ima danes vlogo novega aktivatorja kobaltov oksid.

oksidacija amoniaka

Katalitične in nekatalitične reakcije?? Primeri procesov, ki so odvisni od dodajanja določenih snovi, so oksidacija amoniaka:

4NH₃+ 5O₂= 4NO+ 6H₂O.

Ta postopek je mogoč pri temperaturi približno 800 °C in selektivnem katalizatorju. Platina in njene zlitine z manganom, železom, kromom in kobaltom se uporabljajo za pospeševanje reakcije. Trenutno je glavni industrijski katalizator mešanica platine z rodijem in paladijem. Ta pristop je omogočil znatno zmanjšanje stroškov postopka.

Razgradnja vode

Pri obravnavi enačb katalitičnih reakcij ne smemo zanemariti reakcije proizvodnje plinastega kisika in vodika z elektrolizo vode. Postopek zahteva veliko porabo energije, zato se v industrijskem merilu ne uporablja pogosto.

Optimalni katalizator za ta postopek je kovinska platina z velikostjo delcev 5-10 nm (nanoklastri). Vnos takšne snovi pospeši razgradnjo vode za 20-30 odstotkov. Druge prednosti vključujejo odpornost platinskega katalizatorja proti ogljikovemu monoksidu.

Leta 2010 je skupina ameriških znanstvenikov poceni katalizator, ki omogoča zmanjšanje stroškov energije za potek elektrolize vode. Je spojina niklja in bora, katere cena je veliko nižja od cene platine. Katalizator iz bora in niklja je bil priznan pri proizvodnji industrijskega vodika.

Sinteza aluminijevega jodida

Ta sol se proizvaja z mešanjem aluminija v prahu in joda. Ena kapljica vode, ki ima vlogo katalizatorja, je dovolj, da se začne kemijska interakcija.

Prvi korak v postopku je uporaba folije iz aluminijevega oksida, ki pospeši postopek. Jod se raztaplja v vodi in tvori mešanico jod-vodika in jod-vitikove kisline. Kislina raztopi plast aluminijevega oksida in deluje kot katalizator v kemičnem procesu.

Če povzamemo

Uporaba katalitičnih procesov na številnih področjih sodobne industrije se iz leta v leto povečuje. Povpraševanje je po katalizatorjih, ki omogočajo nevtralizacijo snovi, nevarnih za okolje. Vloga spojin se prav tako povečuje, potrebno za proizvodnja sintetičnih ogljikovodikov iz premoga in plina. Nove tehnologije prispevajo k zmanjšanju energetsko zahtevna industrijska proizvodnja najrazličnejših snovi.

S pomočjo katalize je mogoče pridobiti polimere in izdelke z dragocenimi lastnostmi, posodobiti tehnologije za pretvorbo goriva v električno energijo, sintetizirati snovi, ki so bistvene za človekovo življenje in dejavnost.