Dėl spartaus pramonės augimo katalizinės reakcijos tampa vis paklausesnės chemijos gamyboje, mechaninėje inžinerijoje ir metalurgijoje. Naudojant katalizatorius, žemos kokybės žaliavas galima paversti vertingu produktu.
Svarbumas
Katalizinės reakcijos išsiskiria naudojamų agentų įvairove. Organinėje sintezėje jie prisideda prie reikšmingo dehidrogenavimo, hidrinimo, hidratacijos, oksidacijos ir polimerizacijos pagreitinimo. Katalizatorius gali būti laikomas „filosofų akmeniu“, kuris žaliavas paverčia gatavais produktais: pluoštu, vaistais, chemikalais, trąšomis, degalais, plastikais.
Katalizinės reakcijos leidžia gauti daugybę produktų, be kurių neįmanomas normalus gyvenimas ir žmogaus veikla.
Katalizė leidžia pagreitinti procesustūkstančius ir milijonus kartų, todėl šiuo metu jis naudojamas 91 % įvairių chemijos pramonės šakų.
Įdomūs faktai
Daugelį šiuolaikinių pramoninių procesų, pavyzdžiui, sieros rūgšties sintezę, galima atlikti tik naudojant katalizatorių. Didelė katalizinių agentų įvairovė užtikrina variklinių alyvų kūrimą automobilių pramonei. 1900 m. pirmą kartą pramoniniu mastu buvo atlikta katalizinė margarino sintezė iš augalinių žaliavų (hidrinimo būdu).
Nuo 1920 m. buvo sukurtas katalizinių reakcijų mechanizmas gaminant pluoštą ir plastiką. Svarbus įvykis buvo katalizinė esterių, olefinų, karboksirūgščių ir kitų polimerų junginių gamybos pradinių medžiagų gamyba.
Naftos rafinavimas
Nuo praėjusio šimtmečio vidurio naftos perdirbime buvo naudojamos katalizinės reakcijos. Apdorojant šį vertingą gamtos išteklį vienu metu vyksta keli kataliziniai procesai:
- reformavimas;
- krekingas;
- hidrosulfonavimas;
- polimerizacija;
- hidrokrekingas;
- alkilinimas.
Nuo praėjusio amžiaus pabaigos buvo įmanoma sukurti katalizinį konverterį, kuris sumažintų išmetamųjų dujų kiekį į atmosferą.
Kelios Nobelio premijos buvo skirtos už darbą katalizės ir susijusiose srityse.
Praktinis aktualumas
Katalizinė reakcija yra bet koks procesas, kurio metu naudojami greitintuvai (katalizatoriai). Norint įvertinti praktinę tokių sąveikų reikšmę, kaip pavyzdį galima paminėti reakcijas, susijusias su azotu ir jo junginiais. Kadangi šis kiekis yra labai ribotas, maisto b altymų kūrimas nenaudojant sintetinio amoniako yra labai problemiškas. Problema buvo išspręsta sukūrus Haber-Bosch katalizinį procesą. Katalizatorių naudojimas nuolat plečiasi, todėl galima padidinti daugelio technologijų efektyvumą.
Amoniako gamyba
Panagrinėkime kai kurias katalizines reakcijas. Neorganinės chemijos pavyzdžiai pateikiami remiantis dažniausiai pasitaikančiomis pramonės šakomis. Amoniako sintezė yra egzoterminė, grįžtama reakcija, kuriai būdingas dujinės medžiagos tūrio sumažėjimas. Procesas vyksta ant katalizatoriaus, kuris yra akyta geležis, pridedant aliuminio oksido, kalcio, kalio, silicio. Toks katalizatorius yra aktyvus ir stabilus 650–830 K temperatūros diapazone.
Negrįžtamai siunčia sieros junginius, ypač anglies monoksidą (CO). Per pastaruosius kelis dešimtmečius, įdiegus naujoviškas technologijas, slėgis buvo žymiai sumažintas. Pavyzdžiui, buvo pagamintas keitiklis, leidžiantis sumažinti slėgio indikatorių iki 8106 - 15106 Pa.
Priekinės grandinės modernizavimas žymiai sumažino tikimybę rasti joje katalizinių nuodų – sieros junginių,chloro. Reikalavimai katalizatoriui taip pat gerokai išaugo. Jei anksčiau jis buvo gaminamas lydant geležies oksidus (maskas), pridedant magnio ir kalcio oksidų, tai dabar kob alto oksidas atlieka naujo aktyvatoriaus vaidmenį.
Amoniako oksidacija
Kokios yra katalizinių ir nekatalizinių reakcijų savybės? Procesų, kurie priklauso nuo tam tikrų medžiagų pridėjimo, pavyzdžiai gali būti laikomi remiantis amoniako oksidacija:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Šis procesas galimas esant maždaug 800°C temperatūrai, taip pat naudojant selektyvų katalizatorių. Sąveikai paspartinti naudojama platina ir jos lydiniai su manganu, geležimi, chromu ir kob altu. Šiuo metu pagrindinis pramoninis katalizatorius yra platinos ir rodžio bei paladžio mišinys. Šis metodas leido žymiai sumažinti proceso išlaidas.
Vandens skilimas
Atsižvelgiant į katalizinių reakcijų lygtis, negalima ignoruoti dujinio deguonies ir vandenilio gavimo vandens elektrolizės būdu reakcijos. Procesas reikalauja didelių energijos sąnaudų, todėl pramoniniu mastu jis naudojamas retai.
Metalinė platina, kurios dalelių dydis yra apie 5–10 nm (nanoklasteriai), veikia kaip optimalus tokio proceso greitintuvas. Įvedus tokią medžiagą, vandens skaidymasis pagreitėja 20-30 procentų. Kiti pranašumai apima platinos anglies monoksido katalizatoriaus stabilumą.
2010 mamerikiečių mokslininkų komanda gavo pigų katalizatorių, kuris sumažina energijos sąnaudas vandens elektrolizei. Jie tapo nikelio ir boro junginiu, kurio kaina yra žymiai mažesnė nei platinos. Boro-nikelio katalizatorius buvo vertinamas pramoninio vandenilio gamyboje.
Aliuminio jodido sintezė
Gaukite šią druską aliuminio milteliams reaguodami su jodu. Vieno vandens lašo pakanka, kad jis veiktų kaip katalizatorius, kuris inicijuotų cheminę reakciją.
Pirma, aliuminio oksido plėvelė veikia kaip proceso greitintuvas. Jodas, ištirpęs vandenyje, sudaro jodo ir jodo rūgščių mišinį. Rūgštis savo ruožtu ištirpdo aliuminio oksido plėvelę, veikdama kaip cheminio proceso katalizatorius.
Apibendrinti
Kiekvienais metais katalizinių procesų taikymo mastai įvairiose šiuolaikinės pramonės srityse didėja. Reikalingi katalizatoriai, leidžiantys neutralizuoti aplinkai pavojingas medžiagas. Taip pat auga junginių, reikalingų sintetinių angliavandenilių gamybai iš anglies ir dujų, vaidmuo. Naujos technologijos padeda sumažinti energijos sąnaudas pramoninėje įvairių medžiagų gamyboje.
Katalizės dėka galima gauti polimerinių junginių, vertingų savybių turinčių gaminių, modernizuoti kuro pavertimo elektros energija technologijas, susintetinti medžiagas, reikalingasžmogaus gyvenimas ir veikla.
