Usled brzog rasta industrije, katalitičke reakcije postaju sve traženije u hemijskoj proizvodnji, mašinstvu i metalurgiji. Zahvaljujući upotrebi katalizatora moguće je niskokvalitetne sirovine pretvoriti u vrijedan proizvod.
Značaj
Katalitičke reakcije se razlikuju po raznovrsnosti upotrijebljenih agenasa. U organskoj sintezi doprinose značajnom ubrzanju dehidrogenacije, hidrogenacije, hidratacije, oksidacije i polimerizacije. Katalizator se može smatrati "kamenom filozofa" koji pretvara sirovine u gotove proizvode: vlakna, lijekove, kemikalije, gnojiva, goriva, plastiku.
Katalitičke reakcije omogućavaju dobijanje brojnih proizvoda bez kojih je nemoguć normalan život i ljudska aktivnost.
Kataliza vam omogućava da ubrzate procese uhiljade i milione puta, zbog čega se trenutno koristi u 91% različitih hemijskih industrija.
Zanimljive činjenice
Mnogi moderni industrijski procesi, kao što je sinteza sumporne kiseline, mogu se izvesti samo pomoću katalizatora. Širok izbor katalitičkih sredstava osigurava stvaranje motornih ulja za automobilsku industriju. 1900. godine, prvi put u industrijskim razmjerima, izvedena je katalitička sinteza margarina iz biljnih sirovina (hidrogenacijom).
Od 1920. godine razvijen je mehanizam za katalitičke reakcije u proizvodnji vlakana i plastike. Značajan događaj bila je katalitička proizvodnja estera, olefina, karboksilnih kiselina, kao i drugih početnih materijala za proizvodnju polimernih jedinjenja.
Rafinacija nafte
Od sredine prošlog veka katalitičke reakcije se koriste u preradi nafte. Prerada ovog vrijednog prirodnog resursa uključuje nekoliko katalitičkih procesa odjednom:
- reformiranje;
- cracking;
- hidrosulfonacija;
- polimerizacija;
- hidrokreking;
- alkilacija.
Od kraja prošlog veka bilo je moguće razviti katalizator za smanjenje emisije izduvnih gasova u atmosferu.
Dodijeljeno je nekoliko Nobelovih nagrada za rad u katalizi i srodnim poljima.
Praktična relevantnost
Katalitička reakcija je svaki proces koji uključuje upotrebu akceleratora (katalizatora). Za procjenu praktične važnosti takvih interakcija, kao primjer se mogu navesti reakcije povezane s dušikom i njegovim spojevima. Budući da je ova količina po prirodi vrlo ograničena, stvaranje proteina u hrani bez upotrebe sintetičkog amonijaka je vrlo problematično. Problem je riješen razvojem Haber-Bosch katalitičkog procesa. Upotreba katalizatora se stalno širi, što omogućava povećanje efikasnosti mnogih tehnologija.
Proizvodnja amonijaka
Razmotrimo neke katalitičke reakcije. Primjeri iz neorganske hemije dati su na osnovu najčešćih industrija. Sinteza amonijaka je egzotermna, reverzibilna reakcija, koju karakterizira smanjenje volumena plinovite tvari. Proces se odvija na katalizatoru, a to je porozno gvožđe sa dodatkom aluminijum oksida, kalcijuma, kalijuma, silicijuma. Takav katalizator je aktivan i stabilan u temperaturnom opsegu od 650-830K.
Nepovratno šalje sumporna jedinjenja, posebno ugljen monoksid (CO). U proteklih nekoliko decenija, zahvaljujući uvođenju inovativnih tehnologija, pritisak je značajno smanjen. Na primjer, napravljen je pretvarač koji vam omogućava da spustite indikator pritiska na 8106 - 15106 Pa.
Modernizacija prednjeg kola značajno je smanjila vjerovatnoću pronalaženja katalitičkih otrova u njemu - jedinjenja sumpora,hlor. Zahtjevi za katalizatorom su također značajno povećani. Ako se ranije proizvodio topljenjem željeznih oksida (kamca), dodavanjem oksida magnezija i kalcija, sada kob altov oksid igra ulogu novog aktivatora.
Oksidacija amonijaka
Koje su karakteristike katalitičkih i nekatalitičkih reakcija? Primjeri procesa koji zavise od dodavanja određenih supstanci mogu se razmotriti na temelju oksidacije amonijaka:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Ovaj proces je moguć na temperaturi od oko 800°C, kao i selektivni katalizator. Za ubrzanje interakcije koriste se platina i njene legure s manganom, željezom, hromom i kob altom. Trenutno je glavni industrijski katalizator mješavina platine s rodijumom i paladijumom. Ovaj pristup je omogućio značajno smanjenje troškova procesa.
Razlaganje vode
Uzimajući u obzir jednačine katalitičkih reakcija, ne može se zanemariti reakcija dobijanja gasovitog kiseonika i vodonika elektrolizom vode. Proces uključuje značajne troškove energije, tako da se rijetko koristi u industrijskim razmjerima.
Metalna platina s veličinom čestica od oko 5-10 nm (nanoklasteri) djeluje kao optimalni akcelerator za takav proces. Uvođenje takve tvari ubrzava razgradnju vode za 20-30 posto. Ostale prednosti uključuju stabilnost platinastog katalizatora ugljičnog monoksida.
U 2010tim američkih naučnika dobio je jeftin katalizator koji smanjuje potrošnju energije za elektrolizu vode. Postali su spoj nikla i bora, čija je cijena znatno niža od platine. Bor-nikl katalizator je cijenjen u proizvodnji industrijskog vodonika.
Sinteza aluminijum jodida
Nabavite ovu so reakcijom aluminijumskog praha sa jodom. Jedna kap vode dovoljna je da deluje kao katalizator za pokretanje hemijske reakcije.
Prvo, film od aluminijum oksida deluje kao akcelerator procesa. Jod, otapanjem u vodi, stvara mješavinu jodovodične i jodne kiseline. Kiselina, zauzvrat, otapa film aluminijum oksida, delujući kao katalizator za hemijski proces.
Summarize
Svake godine raste opseg primjene katalitičkih procesa u različitim oblastima moderne industrije. Katalizatori su traženi koji vam omogućavaju da neutralizirate tvari koje su opasne po okoliš. Uloga spojeva potrebnih za proizvodnju sintetičkih ugljovodonika iz uglja i plina također raste. Nove tehnologije pomažu u smanjenju troškova energije u industrijskoj proizvodnji raznih supstanci.
Zahvaljujući katalizi moguće je dobiti polimerna jedinjenja, proizvode sa vrednim svojstvima, modernizovati tehnologije za pretvaranje goriva u električnu energiju, sintetizovati supstance neophodne zaljudski život i aktivnosti.
