У зв'язку з бурхливим зростанням промисловості, каталітичні реакції стають все більш затребуваними в хімічному виробництві, машинобудуванні, металургії. Завдяки застосуванню каталізаторів вдається сировина низького сорту перетворити в цінний продукт.

Значимість

Каталітичні реакції відрізняються різноманіттям використовуються агентів. В органічному синтезі вони сприяють суттєвому прискоренню дегідрування, гідрування, гідратації, окислення, полімеризації. Каталізатор можна вважати «філософським каменем», який перетворює вихідну сировину в готові продукти: волокна, лікарські препарати, хімічні речовини, добрива, пальне, пластмаси. Каталітичні реакції дозволяють отримувати численні продукти, без яких неможливе нормальне життя і діяльність людини. Каталіз дозволяє прискорювати процеси в тисячі і мільйони разів, тому він використовується в даний час в 91 % різноманітних хімічних виробництв.

Цікаві факти

Багато сучасні промислові процеси, наприклад, синтез сірчаної кислоти, можливі тільки за умови використання каталізатора. Велике різноманіття каталітичних агентів забезпечує створення моторних масел для автомобільної промисловості. У 1900 році вперше в промислових масштабах було проведено каталітичний синтез маргарину з рослинної сировини (шляхом гідрування).


З 1920 року був розроблений механізм каталітичних реакцій одержання волокон і пластмас. Знаковою подією стало каталітичне отримання ефірів, олефінів, карбонових кислот, а також інших вихідних речовин для виготовлення полімерних сполук.

Переробка нафти

З середини минулого століття каталітичні реакції стали застосовуватися в переробці нафти. Переробка цього цінного природного копалин передбачає відразу кілька каталітичних процесів:

риформінг;

крекінг;

гидросульфирование;

полімеризація;

гідрокрекінг;

алкілування.

З кінця минулого століття вдалося розробити каталітичний нейтралізатор, що дозволяє знижувати викиди вихлопних газів в атмосферу. За роботи, що стосуються каталізу і суміжних областей, було вручено кілька Нобелівських премій.

Практична значимість

Каталітичної реакцією є будь-який процес, який передбачає використання прискорювачів (каталізаторів). Для оцінки практичної значущості подібних взаємодій можна навести в якості прикладу реакції, пов'язані з азотом і його сполуками. Так як в природі це кількість досить обмежена, створення харчового білка без застосування синтетичного аміаку вельми проблематично. Проблема була вирішена з розробкою каталітичного процесу Габера-Боша. Постійно розширюється область використання каталізаторів, що дозволяє збільшувати ефективність багатьох технологій.

Виробництво аміаку

Розглянемо деякі каталітичні реакції. Приклади з неорганічної хімії наведемо на основі найпоширеніших виробництв. Синтез аміаку — це екзотермічна, оборотна реакція, яка характеризується зменшенням обсягу газоподібного речовини. Протікає процес на каталізаторі, в якості якого виступає пористе залізо з додаванням оксиду алюмінію, кальцію, калію, кремнію. Такий каталізатор активний і стійкий у діапазоні температур 650-830К. Необоротно відправляють його сполуки сірки, зокрема, чадний газ (СО). Протягом кількох останніх десятиліть завдяки впровадженню інноваційних технологій вдалося істотно знизити тиск. Приміром, був виготовлений конвертер, що дозволяє знизити показник тиску до 8*106 — 15*106 Па .
Модернізація фронтального контуру істотно зменшила ймовірність знаходження в ньому каталітичних отрут — сполук сірки, хлору. Суттєво зросли і вимоги до каталізатора. Якщо раніше його виготовляли шляхом плавлення оксидів заліза (окалини), додаючи оксиди магнію і кальцію, то в даний час роль нового активатора виконує оксид кобальту.

Окислення аміаку

Чим характеризуються каталітичні та некаталитические реакції? Приклади процесів, перебіг яких залежить від додавання певних речовин, можна розглянути на основі окислення аміаку: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO+ 6H 2 O. Цей процес можливий при температурі близько 800°C, а також селективному каталізаторі. Для прискорення взаємодії застосовують платину і її сплави з марганцем, залізом, хромом, кобальтом. В даний час головним промисловим каталізатором є суміш платини з родієм та паладієм. Подібний підхід дозволив істотно здешевити процес.

Розкладання води

Розглядаючи рівняння каталітичних реакцій, не можна залишити без належної уваги та реакцію одержання газоподібного кисню і водню шляхом електролізу води. Процес припускає істотні енерговитрати, тому в промислових масштабах він використовується нечасто.
В якості оптимального прискорювача для такого процесу виступає металева платина при розмірах частинок близько 5-10 нм (нанокластерів). Введення такої речовини сприяє прискоренню розкладання води на 20-30 відсотків. Серед переваг також можна відзначити і стійкість платинового каталізатора чадним газом. В 2010 році команда американських вчених отримала дешевий каталізатор, що дозволяє знижувати енерговитрати для протікання електролізу води. Їм стало з'єднання нікелю і бору, вартість якого істотно нижче платини. Бор-нікелевий каталізатор був гідно оцінений у виробництві промислового водню.

Синтез йодиду алюмінію

Отримують цю сіль шляхом взаємодії порошку алюмінію з йодом. Достатньо однієї краплі води, що відіграє роль каталізатора, щоб почалося хімічну взаємодію. Спочатку роль прискорювача процесу виконує оксидна плівка алюмінію. Йод, розчиняючись у воді, утворює суміш йодоводородной і йодноватистой кислот. Кислота, у свою чергу, розчиняє оксидну плівку алюмінію, виконуючи роль каталізатора хімічного процесу.

Підведемо підсумки

З кожним роком зростають масштаби застосування каталітичних процесів у різноманітних галузях сучасної промисловості. Затребувані каталізатори, які дозволяють нейтралізувати речовини, небезпечні для навколишнього середовища. Зростає і роль сполук, необхідних для виготовлення синтетичних вуглеводнів з вугілля і газу. Нові технології сприяють зниженню енергетичних витрат при промислових виробництвах різноманітних речовин. Завдяки каталізу можна отримувати полімерні сполуки, продукти з цінними властивостями, модернізувати технології перетворення палива в електричну енергію, синтезувати речовини, необхідні для життя і діяльності людини.