Zbog brzog rasta industrije, katalitičke reakcije postaju sve traženije u kemijskoj proizvodnji, strojarstvu i metalurgiji. Zahvaljujući upotrebi katalizatora, moguće je pretvoriti niskokvalitetne sirovine u vrijedan proizvod.
Značaj
Katalitičke reakcije razlikuju se po raznovrsnosti korištenih sredstava. 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 omogućuju dobivanje brojnih proizvoda bez kojih je nemoguć normalan život i ljudska aktivnost.
Kataliza vam omogućuje da ubrzate procese utisuće i milijune puta, zbog čega se trenutno koristi u 91% raznih kemijskih 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. Godine 1900., prvi put u industrijskoj mjeri, 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 spojeva.
Rafinacija nafte
Od sredine prošlog stoljeća katalitičke reakcije se koriste u preradi nafte. Prerada ovog vrijednog prirodnog resursa uključuje nekoliko katalitičkih procesa odjednom:
- reformiranje;
- pucanje;
- hidrosulfonacija;
- polimerizacija;
- hidrokrekiranje;
- alkilacija.
Od kraja prošlog stoljeća bilo je moguće razviti katalizator za smanjenje emisije ispušnih plinova u atmosferu.
Dodijeljeno je nekoliko Nobelovih nagrada za rad u katalizi i srodnim područjima.
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 ta količina po prirodi vrlo ograničena, stvaranje proteina iz hrane bez upotrebe sintetskog amonijaka vrlo je problematično. Problem je riješen razvojem Haber-Bosch katalitičkog procesa. Upotreba katalizatora se stalno širi, što omogućuje povećanje učinkovitosti mnogih tehnologija.
proizvodnja amonijaka
Razmotrimo neke katalitičke reakcije. Primjeri iz anorganske kemije dati su na temelju najčešćih industrija. Sinteza amonijaka je egzotermna, reverzibilna reakcija, koju karakterizira smanjenje volumena plinovite tvari. Proces se odvija na katalizatoru, a to je porozno željezo s dodatkom aluminijevog oksida, kalcija, kalija, silicija. Takav katalizator je aktivan i stabilan u temperaturnom rasponu od 650-830K.
Nepovratno šalju sumporne spojeve, posebno ugljični monoksid (CO). Tijekom proteklih nekoliko desetljeća, zahvaljujući uvođenju inovativnih tehnologija, pritisak je značajno smanjen. Na primjer, napravljen je pretvarač koji vam omogućuje snižavanje indikatora tlaka na 8106 - 15106 Pa.
Modernizacija prednjeg kruga značajno je smanjila vjerojatnost pronalaženja katalitičkih otrova u njemu - spojeva sumpora,klor. Zahtjevi za katalizatorom također su se značajno povećali. Ako se ranije proizvodio topljenjem željeznih oksida (kasca), dodavanjem magnezijevih i kalcijevih oksida, sada kob altov oksid igra ulogu novog aktivatora.
Oksidacija amonijaka
Koje su karakteristike katalitičkih i nekatalitičkih reakcija? Primjeri procesa koji ovise o dodavanju određenih tvari 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 njezine legure s manganom, željezom, kromom i kob altom. Trenutno je glavni industrijski katalizator mješavina platine s rodijem i paladijem. Ovaj pristup omogućio je značajno smanjenje troškova procesa.
Razgradnja vode
Uzimajući u obzir jednadžbe katalitičkih reakcija, ne može se zanemariti reakcija dobivanja plinovitog kisika i vodika elektrolizom vode. Proces uključuje značajne troškove energije, pa 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 platinskog katalizatora ugljičnog monoksida.
U 2010tim američkih znanstvenika dobio je jeftini 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 vodika.
Sinteza aluminij jodida
Nabavite ovu sol reakcijom aluminija u prahu s jodom. Jedna kap vode dovoljna je da djeluje kao katalizator za pokretanje kemijske reakcije.
Prvo, film od aluminijevog oksida djeluje kao akcelerator procesa. Jod, otapanjem u vodi, tvori smjesu jodovodične i jodne kiseline. Kiselina, pak, otapa film od aluminijevog oksida, djelujući kao katalizator za kemijski proces.
Sažeti
Svake godine raste opseg primjene katalitičkih procesa u različitim područjima moderne industrije. Katalizatori su traženi koji vam omogućuju neutraliziranje tvari koje su opasne za okoliš. Raste i uloga spojeva potrebnih za proizvodnju sintetskih ugljikovodika iz ugljena i plina. Nove tehnologije pomažu smanjiti troškove energije u industrijskoj proizvodnji raznih tvari.
Zahvaljujući katalizi moguće je dobiti polimerne spojeve, proizvode s vrijednim svojstvima, modernizirati tehnologije pretvaranja goriva u električnu energiju, sintetizirati tvari potrebne zaljudski život i aktivnosti.
