Për shkak të rritjes së shpejtë të industrisë, reaksionet katalitike po bëhen gjithnjë e më të kërkuara në prodhimin kimik, inxhinierinë mekanike dhe metalurgjinë. Falë përdorimit të katalizatorëve, është e mundur që lëndët e para me cilësi të ulët të kthehen në një produkt të vlefshëm.
Rëndësia
Reaksionet katalitike dallohen nga shumëllojshmëria e agjentëve të përdorur. Në sintezën organike, ato kontribuojnë në një përshpejtim të konsiderueshëm të dehidrogjenizimit, hidrogjenizimit, hidratimit, oksidimit dhe polimerizimit. Katalizatori mund të konsiderohet një "gur filozofik" që i kthen lëndët e para në produkte të gatshme: fibra, ilaçe, kimikate, plehra, lëndë djegëse, plastikë.
Reaksionet katalitike bëjnë të mundur marrjen e produkteve të shumta, pa të cilat jeta normale dhe aktiviteti njerëzor janë të pamundura.
Catalysis ju lejon të shpejtoni proceset nëmijëra e miliona herë, kjo është arsyeja pse aktualisht përdoret në 91% të industrive të ndryshme kimike.
Fakte interesante
Shumë procese industriale moderne, si sinteza e acidit sulfurik, mund të kryhen vetëm duke përdorur një katalizator. Një shumëllojshmëri e gjerë e agjentëve katalitikë siguron krijimin e vajrave motorikë për industrinë e automobilave. Në vitin 1900, për herë të parë në shkallë industriale, u krye një sintezë katalitike e margarinës nga lëndët e para bimore (me anë të hidrogjenizimit).
Që nga viti 1920, është zhvilluar një mekanizëm për reaksionet katalitike në prodhimin e fibrave dhe plastikës. Një ngjarje historike ishte prodhimi katalitik i estereve, olefinave, acideve karboksilike, si dhe materialeve të tjera fillestare për prodhimin e përbërjeve polimer.
Rafinimi i naftës
Që nga mesi i shekullit të kaluar, reaksionet katalitike janë përdorur në rafinimin e naftës. Përpunimi i këtij burimi të vlefshëm natyror përfshin disa procese katalitike njëherësh:
- reformim;
- plasaritje;
- hidrosulfonim;
- polimerizim;
- hydrocracking;
- alkilim.
Që nga fundi i shekullit të kaluar, ka qenë e mundur të zhvillohet një konvertues katalitik për të reduktuar emetimet e shkarkimeve në atmosferë.
Janë dhënë disa çmime Nobel për punën në katalizë dhe fusha të ngjashme.
Rëndësia praktike
Një reaksion katalitik është çdo proces që përfshin përdorimin e përshpejtuesve (katalizatorëve). Për të vlerësuar rëndësinë praktike të ndërveprimeve të tilla, mund të citohen si shembull reaksionet që lidhen me azotin dhe përbërjet e tij. Duke qenë se kjo sasi është shumë e kufizuar në natyrë, krijimi i proteinave ushqimore pa përdorimin e amoniakut sintetik është shumë problematik. Problemi u zgjidh me zhvillimin e procesit katalitik Haber-Bosch. Përdorimi i katalizatorëve po zgjerohet vazhdimisht, gjë që bën të mundur rritjen e efikasitetit të shumë teknologjive.
Prodhimi i amoniakut
Le të shqyrtojmë disa reaksione katalitike. Shembuj nga kimia inorganike janë dhënë në bazë të industrive më të zakonshme. Sinteza e amoniakut është një reaksion ekzotermik, i kthyeshëm, i cili karakterizohet nga një rënie në vëllimin e substancës së gaztë. Procesi zhvillohet në një katalizator, i cili është hekur poroz me shtimin e oksidit të aluminit, kalciumit, kaliumit, silikonit. Një katalizator i tillë është aktiv dhe i qëndrueshëm në intervalin e temperaturës 650-830K.
I dërgoni në mënyrë të pakthyeshme komponimet e squfurit, në veçanti monoksidin e karbonit (CO). Gjatë dekadave të fundit, falë futjes së teknologjive inovative, presioni është ulur ndjeshëm. Për shembull, u krijua një konvertues që ju lejon të ulni treguesin e presionit në 8106 - 15106 Pa.
Modernizimi i qarkut të përparmë ka reduktuar ndjeshëm mundësinë e gjetjes së helmeve katalitike në të - komponimet e squfurit,klorin. Kërkesat për katalizator janë rritur gjithashtu ndjeshëm. Nëse më parë prodhohej nga shkrirja e oksideve të hekurit (shkalla), duke shtuar oksidet e magnezit dhe kalciumit, tani oksidi i kob altit luan rolin e një aktivizuesi të ri.
Oksidimi i amoniakut
Cilat janë karakteristikat e reaksioneve katalitike dhe jokatalitike? Shembuj të proceseve që varen nga shtimi i substancave të caktuara mund të konsiderohen bazuar në oksidimin e amoniakut:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Ky proces është i mundur në një temperaturë prej rreth 800°C, si dhe në një katalizator selektiv. Për të përshpejtuar ndërveprimin, përdoret platini dhe lidhjet e tij me mangan, hekur, krom dhe kob alt. Aktualisht, katalizatori kryesor industrial është një përzierje e platinit me rodium dhe paladium. Kjo qasje bëri të mundur uljen e ndjeshme të kostos së procesit.
Zbërthimi i ujit
Duke marrë parasysh ekuacionet e reaksioneve katalitike, nuk mund të injorohet reaksioni i marrjes së oksigjenit të gaztë dhe hidrogjenit me elektrolizë të ujit. Procesi përfshin kosto të konsiderueshme të energjisë, kështu që përdoret rrallë në shkallë industriale.
Platini metal me madhësi grimcash rreth 5-10 nm (nanoklustera) vepron si një përshpejtues optimal për një proces të tillë. Futja e një substance të tillë përshpejton dekompozimin e ujit me 20-30 për qind. Përfitime të tjera përfshijnë qëndrueshmërinë e katalizatorit të monoksidit të karbonit të platinit.
Në 2010një ekip shkencëtarësh amerikanë morën një katalizator të lirë që redukton konsumin e energjisë për elektrolizën e ujit. Ata u bënë një përbërje e nikelit dhe borit, kostoja e të cilave është dukshëm më e ulët se platini. Katalizatori bor-nikel është vlerësuar në prodhimin e hidrogjenit industrial.
Sinteza e jodidit të aluminit
Merrni këtë kripë duke reaguar pluhur alumini me jod. Një pikë ujë është e mjaftueshme për të vepruar si katalizator për të nisur një reaksion kimik.
Së pari, filmi i oksidit të aluminit vepron si një përshpejtues i procesit. Jodi, duke u tretur në ujë, formon një përzierje të acideve hidrojodike dhe jodike. Acidi, nga ana tjetër, shpërndan filmin e oksidit të aluminit, duke vepruar si një katalizator për procesin kimik.
Përmbledh
Çdo vit, shkalla e aplikimit të proceseve katalitike në fusha të ndryshme të industrisë moderne po rritet. Kërkohen katalizatorë që ju lejojnë të neutralizoni substancat që janë të rrezikshme për mjedisin. Roli i komponimeve të nevojshme për prodhimin e hidrokarbureve sintetike nga qymyri dhe gazi po rritet gjithashtu. Teknologjitë e reja ndihmojnë në uljen e kostove të energjisë në prodhimin industrial të substancave të ndryshme.
Falë katalizës, është e mundur të merren komponime polimere, produkte me veti të vlefshme, modernizimi i teknologjive për shndërrimin e karburantit në energji elektrike, sintetizimi i substancave të nevojshme përjeta dhe aktivitetet njerëzore.
