As gevolg van die vinnige groei van die industrie, word katalitiese reaksies meer en meer in aanvraag in chemiese produksie, meganiese ingenieurswese en metallurgie. Danksy die gebruik van katalisators is dit moontlik om laegraadse grondstowwe in 'n waardevolle produk te omskep.
Betekenis
Katalitiese reaksies word onderskei deur die verskeidenheid middels wat gebruik word. In organiese sintese dra hulle by tot 'n beduidende versnelling van dehidrogenering, hidrogenering, hidrasie, oksidasie en polimerisasie. Die katalisator kan beskou word as 'n "filosoof se klip" wat grondstowwe in voltooide produkte verander: vesels, dwelms, chemikalieë, kunsmis, brandstof, plastiek.
Katalitiese reaksies maak dit moontlik om talle produkte te verkry, waarsonder normale lewe en menslike aktiwiteit onmoontlik is.
Katalise laat jou toe om prosesse in te versnelduisende en miljoene kere, en daarom word dit tans in 91% van verskeie chemiese industrieë gebruik.
Interessante feite
Baie moderne industriële prosesse, soos die sintese van swaelsuur, kan slegs met 'n katalisator uitgevoer word. 'n Wye verskeidenheid katalitiese middels verseker die skepping van motorolies vir die motorbedryf. In 1900 is vir die eerste keer op industriële skaal 'n katalitiese sintese van margarien uit plantaardige grondstowwe (deur hidrogenering) uitgevoer.
Sedert 1920 is 'n meganisme ontwikkel vir katalitiese reaksies in die vervaardiging van vesel en plastiek. 'n Landmerkgebeurtenis was die katalitiese produksie van esters, olefiene, karboksielsure, asook ander beginmateriale vir die vervaardiging van polimeerverbindings.
Olieraffinering
Sedert die middel van die vorige eeu is katalitiese reaksies in olieraffinering gebruik. Die verwerking van hierdie waardevolle natuurlike hulpbron behels verskeie katalitiese prosesse gelyktydig:
- hervorming;
- cracking;
- hidrosulfonering;
- polimerisasie;
- hidrokraking;
- alkylering.
Sedert die einde van die vorige eeu was dit moontlik om 'n katalitiese omsetter te ontwikkel om uitlaatgasse in die atmosfeer te verminder.
Verskeie Nobelpryse is toegeken vir werk in katalise en verwante velde.
Praktiese relevansie
'n Katalitiese reaksie is enige proses wat die gebruik van versnellers (katalisators) behels. Om die praktiese betekenis van sulke interaksies te bepaal, kan 'n mens die reaksies wat met stikstof en sy verbindings geassosieer word as 'n voorbeeld noem. Aangesien hierdie hoeveelheid baie beperk van aard is, is die skepping van voedselproteïene sonder die gebruik van sintetiese ammoniak baie problematies. Die probleem is opgelos met die ontwikkeling van die Haber-Bosch-katalitiese proses. Die gebruik van katalisators brei voortdurend uit, wat dit moontlik maak om die doeltreffendheid van baie tegnologieë te verhoog.
Ammoniakproduksie
Kom ons kyk na 'n paar katalitiese reaksies. Voorbeelde uit anorganiese chemie word aan die hand van die mees algemene industrieë gegee. Die sintese van ammoniak is 'n eksotermiese, omkeerbare reaksie, wat gekenmerk word deur 'n afname in die volume van die gasvormige stof. Die proses vind plaas op 'n katalisator, wat poreuse yster is met die byvoeging van aluminiumoksied, kalsium, kalium, silikon. So 'n katalisator is aktief en stabiel in die temperatuurreeks van 650-830K.
Stuur dit onomkeerbaar swaelverbindings, veral koolstofmonoksied (CO). Oor die afgelope paar dekades, danksy die bekendstelling van innoverende tegnologieë, is die druk aansienlik verminder. Byvoorbeeld, 'n omskakelaar is gemaak wat jou toelaat om die drukaanwyser te verlaag tot 8106 - 15106 Pa.
Modernisering van die voorste stroombaan het die waarskynlikheid om katalitiese gifstowwe daarin te vind aansienlik verminder - swaelverbindings,chloor. Die vereistes vir die katalisator het ook aansienlik toegeneem. As dit vroeër vervaardig is deur ysteroksiede (skaal) te smelt, magnesium- en kalsiumoksiede by te voeg, speel kob altoksied nou die rol van 'n nuwe aktiveerder.
oksidasie van ammoniak
Wat is die kenmerke van katalitiese en nie-katalitiese reaksies? Voorbeelde van prosesse wat afhanklik is van die byvoeging van sekere stowwe kan oorweeg word op grond van die oksidasie van ammoniak:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Hierdie proses is moontlik by 'n temperatuur van ongeveer 800°C, sowel as 'n selektiewe katalisator. Om die interaksie te versnel, word platinum en sy legerings met mangaan, yster, chroom en kob alt gebruik. Tans is die belangrikste industriële katalisator 'n mengsel van platinum met rodium en palladium. Hierdie benadering het dit moontlik gemaak om die koste van die proses aansienlik te verminder.
Waterontbinding
Met inagneming van die vergelykings van katalitiese reaksies, kan 'n mens nie die reaksie van die verkryging van gasvormige suurstof en waterstof deur waterelektrolise ignoreer nie. Die proses behels aansienlike energiekoste, dus word dit selde op 'n industriële skaal gebruik.
Metaalplatinum met 'n deeltjiegrootte van ongeveer 5-10 nm (nanoklusters) dien as 'n optimale versneller vir so 'n proses. Die bekendstelling van so 'n stof versnel die ontbinding van water met 20-30 persent. Ander voordele sluit in die stabiliteit van die platinumkoolstofmonoksiedkatalisator.
In 2010'n span Amerikaanse wetenskaplikes het 'n goedkoop katalisator ontvang wat energieverbruik vir waterelektrolise verminder. Hulle het 'n verbinding van nikkel en boor geword, waarvan die koste aansienlik laer is as platinum. Die boor-nikkel katalisator is waardeer in die vervaardiging van industriële waterstof.
Sintese van aluminiumjodied
Kry hierdie sout deur aluminiumpoeier met jodium te laat reageer. Een druppel water is genoeg om as 'n katalisator te dien om 'n chemiese reaksie te begin.
Eerstens dien die aluminiumoksiedfilm as 'n versneller van die proses. Jodium, wat in water oplos, vorm 'n mengsel van hidrojod- en jodiumsure. Die suur los op sy beurt die aluminiumoksiedfilm op en dien as 'n katalisator vir die chemiese proses.
Opsomming
Elke jaar neem die skaal van toepassing van katalitiese prosesse in verskeie gebiede van die moderne industrie toe. Katalisators is in aanvraag wat jou toelaat om stowwe wat gevaarlik is vir die omgewing te neutraliseer. Die rol van verbindings wat nodig is vir die vervaardiging van sintetiese koolwaterstowwe uit steenkool en gas groei ook. Nuwe tegnologieë help om energiekoste te verminder in die industriële produksie van verskeie stowwe.
Danksy katalise is dit moontlik om polimeerverbindings, produkte met waardevolle eienskappe te verkry, tegnologieë te moderniseer om brandstof in elektriese energie om te skakel, stowwe te sintetiseer wat nodig is virmenselewe en aktiwiteite.
