Өнеркәсіптің қарқынды өсуіне байланысты каталитикалық реакциялар химия өндірісінде, машина жасауда және металлургияда барған сайын сұранысқа ие болуда. Катализаторларды қолданудың арқасында төмен сұрыпты шикізатты бағалы өнімге айналдыруға болады.
Маңыздылық
Катализдік реакциялар қолданылатын агенттердің әртүрлілігімен ерекшеленеді. Органикалық синтезде олар дегидрленудің, гидрленудің, гидратацияның, тотығудың және полимерленудің айтарлықтай жеделдеуіне ықпал етеді. Катализаторды шикізатты дайын өнімге: талшықтарға, препараттарға, химиялық заттарға, тыңайтқыштарға, отындарға, пластмассаларға айналдыратын «философиялық тас» деп санауға болады.
Катализдік реакциялар көптеген өнімдерді алуға мүмкіндік береді, оларсыз адамның қалыпты өмірі мен қызметі мүмкін емес.
Катализ процестерді жылдамдатуға мүмкіндік бередімыңдаған және миллиондаған рет, сондықтан ол қазіргі уақытта әртүрлі химия өнеркәсібінің 91% пайдаланылады.
Қызықты фактілер
Көптеген заманауи өнеркәсіптік процестер, мысалы, күкірт қышқылының синтезі катализатордың көмегімен ғана жүзеге асады. Каталитикалық агенттердің алуан түрлілігі автомобиль өнеркәсібі үшін мотор майларын жасауды қамтамасыз етеді. 1900 жылы өнеркәсіптік ауқымда алғаш рет өсімдік шикізатынан маргариннің каталитикалық синтезі (гидрлеу арқылы) жүргізілді.
1920 жылдан бастап талшықтар мен пластмасса өндірісінде каталитикалық реакциялардың механизмі жасалды. Күрделі оқиға күрделі эфирлердің, олефиндердің, карбон қышқылдарының, сондай-ақ полимерлік қосылыстарды өндіруге арналған басқа бастапқы материалдарды каталитикалық өндіру болды.
Мұнай өңдеу
Өткен ғасырдың ортасынан бастап мұнай өңдеуде каталитикалық реакциялар қолданыла бастады. Бұл құнды табиғи ресурсты өңдеу бірден бірнеше каталитикалық процестерді қамтиды:
- реформалау;
- крекинг;
- гидросульфонизация;
- полимерлену;
- гидрокрекинг;
- алкилдеу.
Өткен ғасырдың соңынан бастап атмосфераға пайдаланылған газдардың шығарындыларын азайту үшін каталитикалық түрлендіргіш жасау мүмкін болды.
Катализ және соған байланысты салалардағы жұмыстары үшін бірнеше Нобель сыйлығы берілді.
Практикалық маңыздылық
Катализдік реакция - үдеткіштерді (катализаторларды) қолдануды қамтитын кез келген процесс. Мұндай өзара әрекеттесулердің практикалық маңыздылығын бағалау үшін мысал ретінде азотпен және оның қосылыстарымен байланысты реакцияларды келтіруге болады. Бұл мөлшер табиғатта өте шектеулі болғандықтан, синтетикалық аммиакты қолданбай тағамдық ақуызды жасау өте проблемалы. Мәселе Хабер-Бош каталитикалық процесінің дамуымен шешілді. Катализаторларды қолдану үнемі кеңейіп келеді, бұл көптеген технологиялардың тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді.
Аммиак өндіру
Кейбір каталитикалық реакцияларды қарастырайық. Бейорганикалық химиядан мысалдар кеңінен таралған салалар негізінде келтірілген. Аммиак синтезі - бұл газ тәрізді зат көлемінің азаюымен сипатталатын экзотермиялық, қайтымды реакция. Процесс катализаторда жүреді, ол алюминий оксиді, кальций, калий, кремний қосылған кеуекті темір. Мұндай катализатор 650-830К температура диапазонында белсенді және тұрақты.
Оған қайтымсыз күкірт қосылыстарын, атап айтқанда көміртегі тотығын (СО) жібереді. Соңғы бірнеше онжылдықта инновациялық технологияларды енгізудің арқасында қысым айтарлықтай төмендеді. Мысалы, қысым көрсеткішін 8106 - 15106 Па дейін төмендетуге мүмкіндік беретін түрлендіргіш жасалды.
Алдыңғы тізбекті модернизациялау ондағы каталитикалық уларды – күкірт қосылыстарын, табу ықтималдығын айтарлықтай төмендетті.хлор. Катализаторға қойылатын талаптар да айтарлықтай өсті. Егер бұрын ол темір оксидтерін балқыту (шкала), магний және кальций оксидтерін қосу арқылы өндірілсе, енді кобальт оксиді жаңа активатор рөлін атқарады.
Амиактың тотығуы
Катализдік және каталитикалық емес реакциялардың сипаттамасы қандай? Аммиактың тотығуына негізделген белгілі бір заттардың қосылуына байланысты процестердің мысалдарын қарастыруға болады:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Бұл процесс шамамен 800°C температурада, сондай-ақ селективті катализаторда мүмкін. Өзара әрекеттесуді жеделдету үшін платина және оның марганецпен, темірмен, хроммен және кобальтпен қорытпалары қолданылады. Қазіргі уақытта негізгі өнеркәсіптік катализатор платинаның родий және палладий қоспасы болып табылады. Бұл тәсіл процестің құнын айтарлықтай төмендетуге мүмкіндік берді.
Судың ыдырауы
Каталитикалық реакциялардың теңдеулерін ескере отырып, судың электролизі арқылы газ тәрізді оттегі мен сутегін алу реакциясын елемеуге болмайды. Бұл процесс айтарлықтай энергия шығындарын қажет етеді, сондықтан ол өнеркәсіптік ауқымда сирек пайдаланылады.
Бөлшектерінің өлшемі шамамен 5-10 нм болатын металл платина (нанокластерлер) мұндай процесс үшін оңтайлы үдеткіш ретінде әрекет етеді. Мұндай затты енгізу судың ыдырауын 20-30 пайызға тездетеді. Басқа артықшылықтарға платина көміртегі тотығы катализаторының тұрақтылығы жатады.
2010 жылыамерикандық ғалымдар тобы судың электролизі үшін энергия шығынын азайтатын арзан катализатор алды. Олар никель мен бордың қосындысына айналды, оның құны платинадан айтарлықтай төмен. Бор-никель катализаторы өнеркәсіптік сутегі өндірісінде жоғары бағаланды.
Алюминий йодидінің синтезі
Бұл тұзды алюминий ұнтағын йодпен әрекеттестіру арқылы алыңыз. Химиялық реакцияны бастау үшін катализатор ретінде әрекет ету үшін бір тамшы су жеткілікті.
Біріншіден, алюминий оксиді пленкасы процесті үдеткіш ретінде әрекет етеді. Йод суда ери отырып, йодты және йодты қышқылдардың қоспасын құрайды. Қышқыл, өз кезегінде, химиялық процестің катализаторы ретінде әрекет ететін алюминий оксидінің қабығын ерітеді.
Қорытынды
Қазіргі өнеркәсіптің әртүрлі салаларында каталитикалық процестерді қолдану ауқымы жыл сайын артып келеді. Қоршаған ортаға қауіпті заттарды бейтараптандыруға мүмкіндік беретін катализаторлар сұранысқа ие. Көмір мен газдан синтетикалық көмірсутектерді алу үшін қажетті қосылыстардың рөлі де артып келеді. Жаңа технологиялар әртүрлі заттардың өнеркәсіптік өндірісіндегі энергия шығындарын азайтуға көмектеседі.
Катализдің арқасында полимер қосылыстарын, құнды қасиеттері бар өнімдерді алуға, отынды электр энергиясына айналдыру технологияларын жаңартуға, қажетті заттарды синтездеуге болады.адам өмірі мен қызметі.
