Durch das rasante Wachstum der Industrie werden katalytische Reaktionen in der chemischen Produktion, im Maschinenbau und in der Metallurgie immer gefragter. Dank des Einsatzes von Katalysatoren ist es möglich, aus minderwertigen Rohstoffen ein wertvolles Produkt zu machen.
Bedeutung
Katalytische Reaktionen unterscheiden sich durch die Vielf alt der eingesetzten Agenzien. In der organischen Synthese tragen sie zu einer deutlichen Beschleunigung von Dehydrierung, Hydrierung, Hydratation, Oxidation und Polymerisation bei. Der Katalysator kann als „Stein der Weisen“betrachtet werden, der aus Rohstoffen fertige Produkte macht: Fasern, Medikamente, Chemikalien, Düngemittel, Kraftstoffe, Kunststoffe.
Katalytische Reaktionen ermöglichen den Erh alt zahlreicher Produkte, ohne die ein normales Leben und menschliche Aktivitäten unmöglich sind.
Katalyse ermöglicht es Ihnen, Prozesse zu beschleunigentausend- und millionenfach, weshalb es derzeit in 91 % der verschiedenen chemischen Industrien eingesetzt wird.
Interessante Fakten
Viele moderne industrielle Prozesse, wie die Synthese von Schwefelsäure, können nur mit einem Katalysator durchgeführt werden. Eine Vielzahl von Katalysatoren sorgt für die Herstellung von Motorenölen für die Automobilindustrie. 1900 wurde erstmals im industriellen Maßstab eine katalytische Synthese von Margarine aus pflanzlichen Rohstoffen (durch Hydrierung) durchgeführt.
Seit 1920 wird ein Mechanismus für katalytische Reaktionen bei der Herstellung von Fasern und Kunststoffen entwickelt. Ein Meilenstein war die katalytische Herstellung von Estern, Olefinen, Carbonsäuren sowie anderen Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Polymerverbindungen.
Ölraffination
Seit Mitte des letzten Jahrhunderts werden katalytische Reaktionen in der Ölraffination eingesetzt. Die Verarbeitung dieser wertvollen natürlichen Ressource umfasst mehrere katalytische Prozesse gleichzeitig:
- reformieren;
- knacken;
- Hydrosulfonierung;
- Polymerisation;
- Hydrocracking;
- Alkylierung.
Seit Ende des letzten Jahrhunderts ist es möglich, einen Katalysator zu entwickeln, um die Abgasemissionen in die Atmosphäre zu reduzieren.
Mehrere Nobelpreise wurden für Arbeiten in der Katalyse und verwandten Gebieten verliehen.
Praxisbezug
Eine katalytische Reaktion ist ein Prozess, bei dem Beschleuniger (Katalysatoren) zum Einsatz kommen. Um die praktische Bedeutung solcher Wechselwirkungen abzuschätzen, kann man als Beispiel die Reaktionen anführen, die mit Stickstoff und seinen Verbindungen verbunden sind. Da diese Menge in der Natur sehr begrenzt ist, ist die Herstellung von Nahrungsprotein ohne die Verwendung von synthetischem Ammoniak sehr problematisch. Mit der Entwicklung des katalytischen Haber-Bosch-Verfahrens wurde das Problem gelöst. Der Einsatz von Katalysatoren nimmt stetig zu, wodurch die Effizienz vieler Technologien gesteigert werden kann.
Ammoniakproduktion
Lassen Sie uns einige katalytische Reaktionen betrachten. Beispiele aus der Anorganischen Chemie werden anhand der gängigsten Branchen gegeben. Die Synthese von Ammoniak ist eine exotherme, reversible Reaktion, die durch eine Abnahme des Volumens der gasförmigen Substanz gekennzeichnet ist. Der Prozess findet an einem Katalysator statt, der aus porösem Eisen mit Zusatz von Aluminiumoxid, Calcium, Kalium, Silizium besteht. Ein solcher Katalysator ist im Temperaturbereich von 650-830K aktiv und stabil.
Sendet irreversibel Schwefelverbindungen, insbesondere Kohlenmonoxid (CO). In den letzten Jahrzehnten wurde der Druck dank der Einführung innovativer Technologien deutlich reduziert. Beispielsweise wurde ein Konverter erstellt, mit dem Sie die Druckanzeige auf 8106 - 15106 Pa senken können.
Die Modernisierung des vorderen Kreislaufs hat die Wahrscheinlichkeit, katalytische Gifte darin zu finden, erheblich verringert - Schwefelverbindungen,Chlor. Auch die Anforderungen an den Katalysator sind deutlich gestiegen. Wurde es früher durch Schmelzen von Eisenoxiden (Zunder) unter Zugabe von Magnesium- und Calciumoxiden hergestellt, spielt Kob altoxid jetzt die Rolle eines neuen Aktivators.
Oxidation von Ammoniak
Was sind die Merkmale katalytischer und nichtkatalytischer Reaktionen? Beispiele für Prozesse, die auf die Zugabe bestimmter Stoffe angewiesen sind, können anhand der Oxidation von Ammoniak betrachtet werden:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Dieser Prozess ist bei einer Temperatur von etwa 800°C sowie einem selektiven Katalysator möglich. Um die Wechselwirkung zu beschleunigen, werden Platin und seine Legierungen mit Mangan, Eisen, Chrom und Kob alt verwendet. Derzeit ist der wichtigste industrielle Katalysator eine Mischung aus Platin mit Rhodium und Palladium. Durch diesen Ansatz konnten die Prozesskosten deutlich gesenkt werden.
Wasserzersetzung
Betrachtet man die Gleichungen katalytischer Reaktionen, kann man die Reaktion der Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff und Wasserstoff durch Wasserelektrolyse nicht ignorieren. Das Verfahren ist mit erheblichen Energiekosten verbunden und wird daher im industriellen Maßstab nur selten eingesetzt.
Metall Platin mit einer Partikelgröße von etwa 5-10 nm (Nanocluster) wirkt als optimaler Beschleuniger für einen solchen Prozess. Die Einführung einer solchen Substanz beschleunigt die Zersetzung von Wasser um 20-30 Prozent. Weitere Vorteile sind die Stabilität des Platin-Kohlenmonoxid-Katalysators.
2010Ein Team amerikanischer Wissenschaftler erhielt einen billigen Katalysator, der den Energieverbrauch für die Wasserelektrolyse senkt. Sie wurden zu einer Verbindung aus Nickel und Bor, deren Kosten deutlich niedriger sind als die von Platin. Der Bor-Nickel-Katalysator wurde bei der Herstellung von industriellem Wasserstoff geschätzt.
Synthese von Aluminiumiodid
Erh alte dieses Salz, indem du Aluminiumpulver mit Jod zur Reaktion bringst. Ein Tropfen Wasser reicht aus, um als Katalysator eine chemische Reaktion auszulösen.
Erstens wirkt der Aluminiumoxidfilm als Beschleuniger des Prozesses. Jod, das sich in Wasser auflöst, bildet eine Mischung aus Jodwasserstoff- und Jodsäuren. Die Säure wiederum löst den Aluminiumoxidfilm auf und wirkt als Katalysator für den chemischen Prozess.
Zusammenfassen
Jedes Jahr nimmt der Umfang der Anwendung katalytischer Prozesse in verschiedenen Bereichen der modernen Industrie zu. Gefragt sind Katalysatoren, mit denen Sie umweltgefährdende Stoffe neutralisieren können. Auch die Rolle von Verbindungen, die für die Herstellung von synthetischen Kohlenwasserstoffen aus Kohle und Gas notwendig sind, wächst. Neue Technologien helfen, die Energiekosten bei der industriellen Produktion verschiedener Stoffe zu senken.
Dank der Katalyse ist es möglich, Polymerverbindungen, Produkte mit wertvollen Eigenschaften, zu erh alten, Technologien zur Umwandlung von Kraftstoff in elektrische Energie zu modernisieren, notwendige Substanzen zu synthetisierenmenschliches Leben und Aktivitäten.
