Արդյունաբերության արագ աճի շնորհիվ կատալիտիկ ռեակցիաները դառնում են ավելի ու ավելի պահանջարկ քիմիական արտադրության, մեքենաշինության և մետաղագործության մեջ: Կատալիզատորների օգտագործման շնորհիվ հնարավոր է ցածրորակ հումքը վերածել արժեքավոր արտադրանքի։
Նշանակություն
Կատալիտիկ ռեակցիաները տարբերվում են օգտագործվող նյութերի բազմազանությամբ: Օրգանական սինթեզի ժամանակ նրանք նպաստում են ջրազրկման, ջրածնացման, հիդրացման, օքսիդացման և պոլիմերացման զգալի արագացմանը: Կատալիզատորը կարելի է համարել «փիլիսոփայական քար», որը հումքը վերածում է պատրաստի արտադրանքի՝ մանրաթելեր, դեղամիջոցներ, քիմիական նյութեր, պարարտանյութեր, վառելանյութեր, պլաստմասսա։
Կատալիտիկ ռեակցիաները հնարավորություն են տալիս ձեռք բերել բազմաթիվ ապրանքներ, առանց որոնց անհնար է նորմալ կյանքն ու մարդկային գործունեությունը:
Catalysis-ը թույլ է տալիս արագացնել գործընթացներըհազարավոր և միլիոնավոր անգամներ, այդ իսկ պատճառով այն ներկայումս օգտագործվում է տարբեր քիմիական արդյունաբերության 91%-ում:
Հետաքրքիր փաստեր
Շատ ժամանակակից արդյունաբերական գործընթացներ, ինչպիսիք են ծծմբաթթվի սինթեզը, կարող են իրականացվել միայն կատալիզատորի միջոցով: Կատալիզատորների լայն տեսականի ապահովում է ավտոմոբիլային արդյունաբերության համար շարժիչային յուղերի ստեղծումը: 1900 թվականին առաջին անգամ արդյունաբերական մասշտաբով իրականացվել է բուսական հումքից մարգարինի կատալիտիկ սինթեզ (հիդրոգենացումով):
1920 թվականից ստեղծվել է մեխանիզմ մանրաթելերի և պլաստմասսաների արտադրության մեջ կատալիտիկ ռեակցիաների համար։ Հատկանշական իրադարձություն էր էսթերների, օլեֆինների, կարբոքսիլաթթուների, ինչպես նաև պոլիմերային միացությունների արտադրության այլ սկզբնական նյութերի կատալիտիկ արտադրությունը։
Նավթի վերամշակում
Նախորդ դարի կեսերից նավթի վերամշակման մեջ կիրառվում են կատալիտիկ ռեակցիաներ։ Այս արժեքավոր բնական ռեսուրսի վերամշակումը ներառում է միանգամից մի քանի կատալիտիկ գործընթացներ՝
- բարեփոխում;
- ճաքում;
- հիդրոսուլֆոնացիա;
- պոլիմերացում;
- hydrocracking;
- ալկիլացում.
Անցյալ դարի վերջից հնարավոր է եղել ստեղծել կատալիտիկ փոխարկիչ՝ մթնոլորտ արտանետումները նվազեցնելու համար։
Մի քանի Նոբելյան մրցանակներ են շնորհվել կատալիզի և հարակից ոլորտներում աշխատանքի համար:
Գործնական արդիականություն
Կատալիտիկ ռեակցիան ցանկացած գործընթաց է, որը ներառում է արագացուցիչների (կատալիզատորների) օգտագործումը: Նման փոխազդեցությունների գործնական նշանակությունը գնահատելու համար կարելի է որպես օրինակ բերել ազոտի և նրա միացությունների հետ կապված ռեակցիաները։ Քանի որ այս քանակությունը շատ սահմանափակ է իր բնույթով, սննդային սպիտակուցի ստեղծումն առանց սինթետիկ ամոնիակի օգտագործման շատ խնդրահարույց է: Խնդիրը լուծվել է Haber-Bosch կատալիտիկ գործընթացի մշակմամբ։ Կատալիզատորների օգտագործումը մշտապես ընդլայնվում է, ինչը հնարավորություն է տալիս բարձրացնել բազմաթիվ տեխնոլոգիաների արդյունավետությունը։
Ամոնիակի արտադրություն
Եկեք դիտարկենք մի քանի կատալիտիկ ռեակցիաներ: Անօրգանական քիմիայի օրինակները բերված են ամենատարածված արդյունաբերության հիման վրա: Ամոնիակի սինթեզը էկզոթերմիկ, շրջելի ռեակցիա է, որը բնութագրվում է գազային նյութի ծավալի նվազմամբ։ Գործընթացը տեղի է ունենում կատալիզատորի վրա, որը ծակոտկեն երկաթ է՝ ալյումինի օքսիդի, կալցիումի, կալիումի, սիլիցիումի ավելացմամբ։ Նման կատալիզատորը ակտիվ է և կայուն 650-830K ջերմաստիճանի միջակայքում։
Անդառնալիորեն ուղարկեք նրան ծծմբային միացություններ, մասնավորապես ածխածնի մոնօքսիդ (CO): Վերջին մի քանի տասնամյակների ընթացքում նորարար տեխնոլոգիաների ներդրման շնորհիվ ճնշումը զգալիորեն կրճատվել է։ Օրինակ, ստեղծվել է փոխարկիչ, որը թույլ է տալիս իջեցնել ճնշման ցուցիչը մինչև 8106 - 15106 Պա:
Առջևի շղթայի արդիականացումը զգալիորեն նվազեցրել է դրանում կատալիտիկ թույների՝ ծծմբային միացությունների հայտնաբերման հավանականությունը,քլորին։ Զգալիորեն աճել են նաև կատալիզատորին ներկայացվող պահանջները։ Եթե նախկինում այն արտադրվում էր երկաթի օքսիդների (մասշտաբների) հալման միջոցով, ավելացնելով մագնեզիումի և կալցիումի օքսիդներ, ապա այժմ կոբալտի օքսիդը նոր ակտիվացնողի դեր է խաղում։
Ամոնիակի օքսիդացում
Որո՞նք են կատալիտիկ և ոչ կատալիտիկ ռեակցիաների բնութագրերը: Գործընթացների օրինակներ, որոնք կախված են որոշակի նյութերի ավելացումից, կարելի է դիտարկել ամոնիակի օքսիդացման հիման վրա՝
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Այս գործընթացը հնարավոր է մոտ 800°C ջերմաստիճանում, ինչպես նաև ընտրովի կատալիզատորով: Փոխազդեցությունն արագացնելու համար օգտագործվում են պլատինը և նրա համաձուլվածքները մանգանի, երկաթի, քրոմի և կոբալտի հետ։ Ներկայումս հիմնական արդյունաբերական կատալիզատորը պլատինի խառնուրդն է ռոդիումի և պալադիումի հետ: Այս մոտեցումը հնարավորություն տվեց զգալիորեն նվազեցնել գործընթացի արժեքը։
Ջրի տարրալուծում
Հաշվի առնելով կատալիտիկ ռեակցիաների հավասարումները՝ չի կարելի անտեսել ջրի էլեկտրոլիզով գազային թթվածնի և ջրածնի ստացման ռեակցիան։ Գործընթացը ներառում է էներգիայի զգալի ծախսեր, ուստի այն հազվադեպ է օգտագործվում արդյունաբերական մասշտաբով:
Մետաղական պլատինը մոտ 5-10 նմ մասնիկի չափսով (նանոկլաստերներ) գործում է որպես նման գործընթացի օպտիմալ արագացուցիչ: Նման նյութի ներմուծումն արագացնում է ջրի քայքայումը 20-30 տոկոսով։ Այլ առավելությունները ներառում են պլատինի ածխածնի երկօքսիդի կատալիզատորի կայունությունը:
2010թԱմերիկացի գիտնականների թիմը ստացել է էժան կատալիզատոր, որը նվազեցնում է էներգիայի սպառումը ջրի էլեկտրոլիզի համար: Նրանք դարձան նիկելի և բորի միացություն, որի արժեքը զգալիորեն ցածր է պլատինից։ Բոր-նիկելային կատալիզատորը գնահատվել է արդյունաբերական ջրածնի արտադրության մեջ:
Ալյումինի յոդիդի սինթեզ
Ստացեք այս աղը՝ ալյումինի փոշին յոդի հետ փոխազդելով: Մեկ կաթիլ ջուրը բավական է որպես կատալիզատոր՝ քիմիական ռեակցիա սկսելու համար։
Նախ, ալյումինի օքսիդի թաղանթը գործում է որպես գործընթացի արագացուցիչ: Յոդը, լուծվելով ջրում, առաջացնում է հիդրոիոդային և յոդաթթուների խառնուրդ։ Թթուն, իր հերթին, լուծում է ալյումինի օքսիդի թաղանթը, հանդես գալով որպես քիմիական գործընթացի կատալիզատոր:
Ամփոփել
Ամեն տարի աճում է կատալիտիկ գործընթացների կիրառման մասշտաբները ժամանակակից արդյունաբերության տարբեր ոլորտներում։ Պահանջվում են կատալիզատորներ, որոնք թույլ են տալիս չեզոքացնել շրջակա միջավայրի համար վտանգավոր նյութերը: Աճում է նաև ածխից և գազից սինթետիկ ածխաջրածինների արտադրության համար անհրաժեշտ միացությունների դերը։ Նոր տեխնոլոգիաները օգնում են նվազեցնել էներգիայի ծախսերը տարբեր նյութերի արդյունաբերական արտադրության մեջ։
Շմարդկային կյանքն ու գործունեությունը։
