20-01-2019 22:51

Каталитические реакции: примеры из неорганической химии

В связи с бурным ростом промышленности, каталитические реакции становятся все более востребованными в химическом производстве, машиностроении, металлургии. Благодаря применению катализаторов удается сырье низкого сорта превратить в ценный продукт.

каталитические реакции

Значимость

Каталитические реакции отличаются многообразием используемых агентов. В органическом синтезе они способствуют существенному ускорению дегидрирования, гидрирования, гидратации, окисления, полимеризации. Катализатор можно считать «философским камнем», который превращает исходное сырье в готовые продукты: волокна, лекарственные препараты, химические вещества, удобрения, топливо, пластмассы.

Непроизвольно – это случайное внимание или машинальный рефлекс? И то, и другое!Вам будет интересно:Непроизвольно – это случайное внимание или машинальный рефлекс? И то, и другое!

Каталитические реакции позволяют получать многочисленные продукты, без которых невозможна нормальная жизнь и деятельность человека.

Катализ позволяет ускорять процессы в тысячи и миллионы раз, поэтому он используется в настоящее время в 91 % разнообразных химических производств.

Интересные факты

Что значит обобщать? Подвести итог или выделить главное?Вам будет интересно:Что значит обобщать? Подвести итог или выделить главное?

Многие современные промышленные процессы, к примеру, синтез серной кислоты, осуществимы только при условии использования катализатора. Большое многообразие каталитических агентов обеспечивает создание моторных масел для автомобильной промышленности. В 1900 году впервые в промышленных масштабах был проведен каталитический синтез маргарина из растительного сырья (путем гидрирования).

С 1920 года был разработан механизм каталитических реакций получения волокон и пластмасс. Знаковым событием стало каталитическое получение эфиров, олефинов, карбоновых кислот, а также иных исходных веществ для изготовления полимерных соединений.

специфика каталитичсеикх процессов

Переработка нефти

С середины прошлого века каталитические реакции стали применяться в переработке нефти. Переработка этого ценного природного ископаемого предполагает сразу несколько каталитических процессов:

  • риформинг;

  • крекинг;

  • гидросульфирование;

  • полимеризация;

  • гидрокрекинг;

  • алкилирование.

С конца прошлого века удалось разработать каталитический нейтрализатор, позволяющий снижать выбросы выхлопных газов в атмосферу.

За работы, касающиеся катализа и смежных областей, было вручено несколько Нобелевских премий.

Практическая значимость

Каталитической реакцией является любой процесс, который предполагает использование ускорителей (катализаторов). Для оценки практической значимости подобных взаимодействий можно привести в качестве примера реакции, связанные с азотом и его соединениями. Так как в природе это количество весьма ограничено, создание пищевого белка без применения синтетического аммиака весьма проблематично. Проблема была решена с разработкой каталитического процесса Габера-Боша. Постоянно расширяется область использования катализаторов, что позволяет увеличивать эффективность многих технологий.

механизм каталитических реакций

Производство аммиака

Рассмотрим некоторые каталитические реакции. Примеры из неорганической химии приведем на основе самых распространенных производств. Синтез аммиака — это экзотермическая, обратимая реакция, которая характеризуется уменьшением объема газообразного вещества. Протекает процесс на катализаторе, в качестве которого выступает пористое железо с добавлением оксида алюминия, кальция, калия, кремния. Такой катализатор активен и устойчив в диапазоне температур 650-830К.

Необратимо отправляют его соединения серы, в частности, угарный газ (СО). На протяжении нескольких последних десятилетий благодаря внедрению инновационных технологий удалось существенно снизить давление. К примеру, был изготовлен конвертор, позволяющий понизить показатель давления до 8*106 — 15*106 Па .

Модернизация фронтального контура существенно снизила вероятность нахождения в нем каталитических ядов — соединений серы, хлора. Существенно возросли и требования к катализатору. Если ранее его производили путем плавления оксидов железа (окалины), добавляя окислы магния и кальция, то в настоящее время роль нового активатора выполняет оксид кобальта.

Окисление аммиака

механизм каталитических реакций

Чем характеризуются каталитические и некаталитические реакции? Примеры процессов, протекание которых зависит от добавления определенных веществ, можно рассмотреть на основе окисления аммиака:

4NH3+ 5O2= 4NO+ 6H2O.

Данный процесс возможен при температуре порядка 800°C, а также селективном катализаторе. Для ускорения взаимодействия применяют платину и ее сплавы с марганцем, железом, хромом, кобальтом. В настоящее время главным промышленным катализатором является смесь платины с родием и палладием. Подобный подход позволил существенно удешевить процесс.

Разложение воды

Рассматривая уравнения каталитических реакций, нельзя оставить без должного внимания и реакцию получения газообразного кислорода и водорода путем электролиза воды. Процесс предполагает существенные энергозатраты, поэтому в промышленных масштабах он используется нечасто.

В качестве оптимального ускорителя для подобного процесса выступает металлическая платина при размерах частиц порядка 5-10 нм (нанокластеров). Введение такого вещества способствует ускорению разложения воды на 20-30 процентов. Среди преимуществ также можно отметить и устойчивость платинового катализатора угарным газом.

В 2010 году команда американских ученых получила дешевый катализатор, позволяющий снижать энергозатраты для протекания электролиза воды. Им стало соединение никеля и бора, стоимость которого существенно ниже платины. Бор-никелевый катализатор был по достоинству оценен в производстве промышленного водорода.

механизм каталитических реакций

Синтез йодида алюминия

Получают эту соль путем взаимодействия порошка алюминия с йодом. Достаточно одной капли воды, играющей роль катализатора, чтобы началось химическое взаимодействие.

Сначала роль ускорителя процесса выполняет оксидная пленка алюминия. Йод, растворяясь в воде, образует смесь йодоводородной и йодноватистой кислот. Кислота, в свою очередь, растворяет оксидную пленку алюминия, выполняя роль катализатора химического процесса.

каталитические реакции примеры из неорганической химии

Подведем итоги

С каждым годом возрастают масштабы применения каталитических процессов в разнообразных областях современной промышленности. Востребованы катализаторы, которые позволяют нейтрализовать вещества, опасные для окружающей среды. Растет и роль соединений, необходимых для изготовления синтетических углеводородов из угля и газа. Новые технологии способствуют снижению энергетических затрат при промышленных производствах разнообразных веществ.

Благодаря катализу можно получать полимерные соединения, продукты с ценными свойствами, модернизировать технологии преобразования топлива в электрическую энергию, синтезировать вещества, необходимые для жизни и деятельности человека.



Источник