Katalytické reakce: příklady z anorganické chemie

Vzhledem k prudkému růstu průmyslu jsou katalytické reakce stále více žádané v chemické výrobě, strojírenství, metalurgii. Díky použití katalyzátorů je možné přeměnit suroviny nízké třídy na cenný produkt.

Důležitost

Katalytické reakce se vyznačují různými použitými činidly. V organické syntéze přispívají k podstatnému zrychlení dehydrogenace, hydrogenace, hydratace, oxidace, polymerace. Katalyzátor lze považovat za "kámen mudrců", který přeměňuje původní surovinu na hotové výrobky: vlákna, léčivé přípravky, chemikálie, hnojiva, palivo, plasty.

Katalytické reakce umožňují získat četné produkty, bez nichž není možný normální život a lidská činnost.

Katalýza umožňuje zrychlení procesů tisíckrát až milionkrát, proto se nyní používá v 91% různých chemických produkcí.

Zajímavá fakta

Mnoho moderních průmyslových procesů, například syntéza kyseliny sírové, je proveditelné pouze za předpokladu použití katalyzátoru. Velká rozmanitost katalytických činidel zajišťuje tvorbu motorových olejů pro automobilový průmysl průmyslu. Do 1900 poprvé v průmyslovém měřítku byla provedena katalytická syntéza margarínu z rostlinných surovin (hydrogenací).

Od roku 1920 byl vyvinut mechanismus katalytických reakcí pro výrobu vláken a plastů. Významnou událostí byla katalytická příprava esterů, olefinů, karboxylové kyseliny, a také další základní látky pro výrobu polymerních sloučenin.

Zpracování ropy

Od poloviny minulého století se katalytické reakce začaly používat při rafinaci ropy. Zpracování této cenné přírodní fosílie zahrnuje několik katalytických procesů najednou:

• reformování;

• krakování;

• hydrogensiřičování;

• polymerace;

• hydrokrakování;

• alkylace.

Od konce minulého století se podařilo vyvinout katalyzátor umožňující snížení emisí výfukových plynů do atmosféry.

Za práce týkající se katalýzy a souvisejících oborů bylo uděleno několik Nobelových cen.

Praktický význam

Katalytická reakce je jakýkoli proces, který zahrnuje použití urychlovačů (katalyzátorů). Pro posouzení praktického významu takových interakcí lze uvést jako příklad reakce spojené s dusíkem a jeho sloučeninami. Protože v přírodě je toto množství velmi omezené, je vytvoření potravinového proteinu bez použití syntetického amoniaku velmi problematické. Problém byl vyřešen vývojem katalytického procesu Haber-Bosch. Oblast použití katalyzátorů se neustále rozšiřuje, což umožňuje zvýšit účinnost mnoha technologií.

Výroba amoniaku

Zvažte některé katalytické reakce. Příklady z anorganické chemie uvádíme na základě nejběžnějších produkcí. Syntéza amoniaku je exotermická, reverzibilní reakce, která je charakterizována snížením objemu plynné látky. Probíhá proces na katalyzátoru, jako je porézní železo s přídavkem oxidu hlinitého, vápníku, draslíku, křemíku. Takový katalyzátor je aktivní a stabilní v teplotním rozmezí 650-830K.

Nevratně posílají své sloučeniny síry, zejména oxid uhelnatý (co). Za několik posledních desetiletí díky implementaci inovativních technologií podařilo se výrazně snížit tlak. Například byl vyroben převodník, který vám umožní snížit tlakový indikátor na 8*106 — 15*106 Pa .

Modernizace čelního okruhu významně snížila pravděpodobnost katalytických jedů-sloučenin síry, chloru. Výrazně se zvýšily požadavky na katalyzátor. Pokud byl dříve vyroben tavením oxidů železa( okaliny), přidáním oxidů hořčíku a vápníku, pak v současné době hraje roli nového aktivátoru oxid kobaltnatý.

Oxidace amoniaku

Co charakterizují katalytické a nekatalytické reakce? Příklady procesů, jejichž průběh závisí na přidání určitých látek, lze zvážit na základě oxidace amoniaku:

4NH₃+ 5O₂= 4NO+ 6H₂O.

Tento proces je možný při teplotě řádově 800°C, stejně jako selektivní katalyzátor. Pro urychlení interakce se používá platina a její slitiny s manganem, železem, chromem, kobaltem. V současné době je hlavním průmyslovým katalyzátorem směs platiny s rhodiem a palladiem. Tento přístup umožnil výrazně zlevnit proces.

Rozklad vody

Při zvažování rovnic katalytických reakcí nelze nechat bez náležité pozornosti a reakce výroby plynného kyslíku a vodíku elektrolýzou vody. Tento proces předpokládá značné náklady na energii, takže se v průmyslovém měřítku používá jen zřídka.

Jako optimální urychlovač pro takový proces působí kovová platina s velikostí částic řádově 5-10 nm (nanoklustery). Zavedení takové látky přispívá k urychlení rozkladu vody o 20-30 procent. Mezi výhody patří také stabilita platinového katalyzátoru oxidem uhelnatým.

V roce 2010 získal tým amerických vědců levný katalyzátor, který umožňuje snížení nákladů na energii pro tok elektrolýzy vody. Staly se sloučeninou niklu a boru, jejíž cena je výrazně nižší než platina. Katalyzátor Bor-nikl byl oceněn při výrobě průmyslového vodíku.

Syntéza jodidu hlinitého

Tuto sůl se získá interakcí hliníkového prášku s jódem. K zahájení chemické interakce stačí jedna kapka vody, která hraje roli katalyzátoru.

Nejprve role urychlovače procesu provádí oxidový film hliníku. Jód, rozpuštěný ve vodě, tvoří směs kyseliny jodovodíkové a jodovodíkové. Kyselina zase rozpouští oxidový film hliníku a působí jako katalyzátor chemického procesu.

Shrnout výsledek

Každý rok se zvyšuje rozsah použití katalytických procesů v různých oblastech moderního průmyslu. Jsou požadovány katalyzátory, které umožňují neutralizovat látky nebezpečné pro okolního prostředí. Roste i role sloučenin, nezbytné pro výroba syntetických uhlovodíků z uhlí a plynu. Nové technologie přispívají k poklesu energetické náklady v průmyslové výrobě různých látek.

Díky katalýze je možné získat polymerní sloučeniny, produkty s cennými vlastnostmi, modernizovat technologie přeměny paliva na elektrickou energii, syntetizovat látky nezbytné pro lidský život a činnosti.