Vzhledem k rychlému růstu průmyslu jsou katalytické reakce stále více žádané v chemické výrobě, strojírenství a metalurgii. Díky použití katalyzátorů je možné proměnit nekvalitní suroviny na hodnotný produkt.
Významnost
Katalytické reakce se vyznačují rozmanitostí použitých činidel. V organické syntéze přispívají k výraznému urychlení dehydrogenace, hydrogenace, hydratace, oxidace a polymerace. Katalyzátor lze považovat za „kámen mudrců“, který mění suroviny na hotové produkty: vlákna, léky, chemikálie, hnojiva, paliva, plasty.
Katalytické reakce umožňují získat řadu produktů, bez kterých je nemožný normální život a lidská činnost.
Katalýza umožňuje urychlit procesy vtisíckrát a milionkrát, což je důvod, proč se v současnosti používá v 91 % různých chemických odvětví.
Zajímavá fakta
Mnoho moderních průmyslových procesů, jako je syntéza kyseliny sírové, lze provádět pouze za použití katalyzátoru. Široká škála katalytických činidel zajišťuje tvorbu motorových olejů pro automobilový průmysl. V roce 1900 byla poprvé v průmyslovém měřítku provedena katalytická syntéza margarínu z rostlinných surovin (hydrogenací).
Od roku 1920 byl vyvinut mechanismus pro katalytické reakce při výrobě vláken a plastů. Významnou událostí byla katalytická výroba esterů, olefinů, karboxylových kyselin a dalších výchozích materiálů pro výrobu polymerních sloučenin.
Rafinace ropy
Od poloviny minulého století se při rafinaci ropy používají katalytické reakce. Zpracování tohoto cenného přírodního zdroje zahrnuje několik katalytických procesů najednou:
- reforming;
- cracking;
- hydrosulfonace;
- polymerizace;
- hydrokrakování;
- alkylace.
Od konce minulého století bylo možné vyvinout katalyzátor pro snížení emisí výfukových plynů do atmosféry.
Za práci v katalýze a souvisejících oborech bylo uděleno několik Nobelových cen.
Praktický význam
Katalytická reakce je jakýkoli proces, který zahrnuje použití urychlovačů (katalyzátorů). Pro posouzení praktického významu takových interakcí lze jako příklad uvést reakce spojené s dusíkem a jeho sloučeninami. Vzhledem k tomu, že toto množství je ve své podstatě velmi omezené, je tvorba potravinového proteinu bez použití syntetického amoniaku velmi problematická. Problém byl vyřešen vývojem Haber-Boschova katalytického procesu. Použití katalyzátorů se neustále rozšiřuje, což umožňuje zvýšit účinnost mnoha technologií.
Výroba čpavku
Uvažujme některé katalytické reakce. Příklady z anorganické chemie jsou uvedeny na základě nejběžnějších průmyslových odvětví. Syntéza amoniaku je exotermická, vratná reakce, která se vyznačuje zmenšením objemu plynné látky. Proces probíhá na katalyzátoru, kterým je porézní železo s přídavkem oxidu hlinitého, vápníku, draslíku, křemíku. Takový katalyzátor je aktivní a stabilní v teplotním rozsahu 650-830K.
Nenávratně mu pošlete sloučeniny síry, zejména oxid uhelnatý (CO). Během několika posledních desetiletí se díky zavádění inovativních technologií tlak výrazně snížil. Například byl vyroben převodník, který umožňuje snížit indikátor tlaku na 8106 - 15106 Pa.
Modernizace předního okruhu výrazně snížila pravděpodobnost nalezení katalytických jedů - sloučenin síry,chlór. Výrazně vzrostly také požadavky na katalyzátor. Jestliže se dříve vyráběl tavením oxidů železa (okují), přidáváním oxidů hořčíku a vápníku, nyní hraje roli nového aktivátoru oxid kob altnatý.
Oxidace čpavku
Jaké jsou vlastnosti katalytických a nekatalytických reakcí? Příklady procesů, které závisí na přidávání určitých látek, lze uvažovat na základě oxidace amoniaku:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Tento proces je možný při teplotě asi 800°C, stejně jako selektivní katalyzátor. K urychlení interakce se používá platina a její slitiny s manganem, železem, chromem a kob altem. V současnosti je hlavním průmyslovým katalyzátorem směs platiny s rhodiem a palladiem. Tento přístup umožnil výrazně snížit náklady na proces.
Rozklad vody
Vzhledem k rovnicím katalytických reakcí nelze ignorovat reakci získávání plynného kyslíku a vodíku elektrolýzou vody. Proces vyžaduje značné náklady na energii, takže se v průmyslovém měřítku nepoužívá často.
Kovová platina s velikostí částic asi 5-10 nm (nanoklastry) působí jako optimální urychlovač pro takový proces. Zavedení takové látky urychluje rozklad vody o 20-30 procent. Mezi další výhody patří stabilita platinového katalyzátoru na bázi oxidu uhelnatého.
V roce 2010tým amerických vědců získal levný katalyzátor, který snižuje spotřebu energie na elektrolýzu vody. Staly se sloučeninou niklu a boru, jejíž cena je výrazně nižší než u platiny. Bór-niklový katalyzátor byl oceněn při výrobě průmyslového vodíku.
Syntéza jodidu hlinitého
Získejte tuto sůl reakcí hliníkového prášku s jódem. Jedna kapka vody stačí, aby fungovala jako katalyzátor pro zahájení chemické reakce.
Za prvé, film oxidu hlinitého působí jako urychlovač procesu. Jód, který se rozpouští ve vodě, tvoří směs kyselin jodovodíkových a jodových. Kyselina zase rozpouští film oxidu hlinitého a působí jako katalyzátor chemického procesu.
Summarize
Každý rok se rozsah použití katalytických procesů v různých oblastech moderního průmyslu zvyšuje. Žádané jsou katalyzátory, které umožňují neutralizovat látky nebezpečné pro životní prostředí. Roste také role sloučenin nezbytných pro výrobu syntetických uhlovodíků z uhlí a plynu. Nové technologie pomáhají snižovat náklady na energii při průmyslové výrobě různých látek.
Díky katalýze je možné získávat polymerní sloučeniny, produkty s cennými vlastnostmi, modernizovat technologie přeměny paliva na elektrickou energii, syntetizovat látky potřebné prolidský život a činnosti.
