катализаторы. Действие катализаторов

• Название: Действие катализаторов
• Дата: 15.05.2019
• Размер: 173.47 Kb.
• Имя файла: катализаторы.docx
• Тип: Документы; #77248

Действие катализаторов

Можно действие катализаторов увеличить скорость реакции, используя специальные вещества, которые изменяют механизм реакции и направляют ее по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации. Их называют катализаторами (от лат. katalysis — разрушение). То есть вещества А и В серией последовательных реакций с третьим веществом К требуют гораздо меньших затрат энергии и протекают при данных условиях быстрее, чем прямая реакция без катализатора.



Катализаторы — это вещества, участвующие в химической реакции и изменяющие ее скорость или направление, но по окончании реакции остающиеся неизменными количественно и качественно. Биологические катализаторы белковой природы называются ферментами.

Изменение скорости химической реакции или ее направления с помощью катализатора называют катализом. Катализаторы широко используют в различных отраслях промышленности и на транспорте (каталитические преобразователи, превращающие оксиды азота выхлопных газов автомобиля в безвредный азот).

Различают два вида катализа.

Гомогенный катализ, при котором и катализатор, и реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии.

Гетерогенный катализ, при котором катализатор и реагирующие вещества находятся в разных агрегатных состояниях (обычно, катализатор - в твердом, а реагенты – в жидком или газообразном). Например, разложение пероксида водорода в присутствии твердого катализатора оксида марганца (IV):



Оксид марганца образует промежуточное соединение с перекисью водорода, которое разлагается на кислород и воду легче, чем сама перекись водорода. При этом также вновь образуется оксид марганца, поэтому по окончании реакции количество оксида марганца не изменяется.

В случае использования ферментов катализ называют ферментативным ( изготовление вина и сыра, выпекание хлеба, варка пива и тп.)

Известны другие интересные вещества — ингибиторы (от лат. inhibere — задерживать). Они с высокой скоростью реагируют с активными частицами с образованием малоактивных соединений. В результате реакция резко замедляется и затем прекращается. Ингибиторы часто специально добавляют в разные вещества, чтобы предотвратить нежелательные процессы (стабилизируют растворы пероксида водорода).

Роль катализа в экологии

Огромную роль призван сыграть катализ в решении актуальнейшей проблемы - охраны окружающей среды. Человеку некуда сбрасывать отходы, кроме как в ту же среду, в которой мы живем. Это довольно грустная тема, но о ней стоит говорить, так как человек уже начинает ощущать отрицательные стороны своей бурной и во многом бесконтрольной деятельности.

Химики - каталитики настойчиво работают над этой проблемой и уже добились некоторых результатов. Разработаны специальные устройства для дожигания выхлопных газов автомобилей, работающие на основе каталитического окисления вредных компонентов газов. Подобраны катализаторы и условия для обезвреживания отходящих газов химических производств. О них я подробней и расскажу.

Как разнообразна деятельность человека, так и широк спектр токсичных газов, выбрасываемых при этом в атмосферу.

Выбросы оксида азота осуществляется ТЭС, автотранспорт, предприятиями химической промышленности, аммиак - при производстве минеральных удобрений, сероводород — за счет газодобычи и нефтепереработки. А также диоксид углерода, закиси азота, метану и др.

Каталитическая очистка токсичных соединений основана на протекании ряда химических реакций.

Наибольшее промышленное распространение для очистки газов от

оксидов азота в присутствии в отходящих газах кислорода имеет процесс их

селективного восстановления аммиаком (см. рис. 1, реакция 1).

Проблема очистки газов от сероводорода решается путем применения

катализатора, позволяющего селективно окислять H2S до элементарной серы

(см. 2).

Очистку газов от аммиака проводят с помощью катализаторов, на которых образуется только молекулярный азот и не появляются оксиды азота (см. 3).

* Наиболее разнообразными являются органические загрязнители. Их очистка основана на глубоком окислении загрязнителей до углекислого газа и паров воды (см. 4).

Очистка газов от закисей азота осуществляется путем разложения закиси азота на азот и кислород (см. 5).

Для удаления метана предлагается окислять его до С02 и Н20 (см. 6). Учитывая соотношение цен на выбросы метана и углекислого газа (см. табл. 2), это экономически вполне оправданно.

Для очистки сточных вод от различных токсичных соединений

разрабатывается метод, основанный на окислении загрязнителей в жидкой

фазе на твердом катализаторе. Процесс проводят при давлении 20 — 30 атм.

при температуре 200 — 250С. Вода при таких условиях остается жидкой.

Например, такой метод позволяет очищать сточную воду от аммиака с

эффективностью до 99%. Продуктами окисления являются только азот и

вода. В качестве катализатора служит синтетический пористый углеродный

материал. Особенно такой метод эффективен для очистки сточных вод,

содержащих много различных загрязнителей.

Применение катализаторов

Применение катализаторов способствовало бурному развитию химической промышленности. Они широко используются при переработке нефти, получении различных продуктов, создании новых материалов (например, пластмасс), нередко более дешевых, чем применявшиеся прежде. Примерно 90% объема современного химического производства основано на каталитических процессах.

Значение катализаторов и каталитических процессов в нефтепереработке и нефтехимии невозможно переоценить. Ведь именно они являются базой технического прогресса в важнейших областях обеспечения потребностей современного человеческого общества. Дело прежде всего в том, что нефть различных месторождений содержит обычно лишь от 5 до 20%соединений, соответствующих бензину. Потребность же в бензине при современном развитии автомобильного и авиационного транспорта огромна. Применение же современных каталитических методов переработки позволяет повысить выход соединений бензина до 75% от массы нефти.  В качестве катализаторов применяют содержащие окиси Si и Al, а также катализаторы, содержащие, , Ni, и платиновый катализатор. В качестве катализаторов используют сульфид вольфрама, смешанные вольфрам никелевые суль-фидные катализаторы на носителях, кобальт-молибденовые катализаторы на оксиде алюминия, алюмосиликаты, окиси меди, марганца, добавки Ni, Pt, Pd, Со и других металлов на аморфных или кристаллических цеолитах.