A causa del ràpid creixement de la indústria, les reaccions catalitzadores són cada cop més demandades en la producció química, l'enginyeria mecànica i la metal·lúrgia. Gràcies a l'ús de catalitzadors, és possible convertir matèries primeres de baixa qualitat en un producte valuós.
Importància
Les reaccions catalítiques es distingeixen per la varietat d'agents utilitzats. En la síntesi orgànica, contribueixen a una acceleració significativa de la deshidrogenació, hidrogenació, hidratació, oxidació i polimerització. El catalitzador es pot considerar una "pedra filosofal" que converteix les matèries primeres en productes acabats: fibres, drogues, productes químics, fertilitzants, combustibles, plàstics.
Les reaccions catalítiques permeten obtenir nombrosos productes, sense els quals la vida normal i l'activitat humana són impossibles.
Catàlisi us permet accelerar els processosmilers i milions de vegades, per això actualment s'utilitza en el 91% de les diverses indústries químiques.
Dats interessants
Molts processos industrials moderns, com ara la síntesi d'àcid sulfúric, només es poden dur a terme mitjançant un catalitzador. Una gran varietat d'agents catalítics assegura la creació d'olis de motor per a la indústria de l'automoció. L'any 1900, per primera vegada a escala industrial, es va dur a terme una síntesi catalítica de margarina a partir de matèries primeres vegetals (per hidrogenació).
Des de 1920, s'ha desenvolupat un mecanisme per a les reaccions catalitzadores en la producció de fibres i plàstics. Un esdeveniment històric va ser la producció catalítica d'èsters, olefines, àcids carboxílics, així com altres materials de partida per a la fabricació de compostos polimèrics.
Refinació de petroli
Des de mitjans del segle passat, les reaccions catalitzadores s'han utilitzat en el refinament del petroli. El processament d'aquest valuós recurs natural implica diversos processos catalítics alhora:
- reforma;
- cracking;
- hidrosulfonació;
- polimerització;
- hidrocracking;
- alquilació.
Des de finals del segle passat, és possible desenvolupar un convertidor catalític per reduir les emissions d'escapament a l'atmosfera.
S'han concedit diversos premis Nobel pel treball en catàlisi i camps relacionats.
Rellevància pràctica
Una reacció catalítica és qualsevol procés que impliqui l'ús d'acceleradors (catalitzadors). Per avaluar la importància pràctica d'aquestes interaccions, es poden citar com a exemple les reaccions associades al nitrogen i els seus compostos. Com que aquesta quantitat és de naturalesa molt limitada, la creació de proteïnes alimentàries sense l'ús d'amoníac sintètic és molt problemàtica. El problema es va resoldre amb el desenvolupament del procés catalític Haber-Bosch. L'ús de catalitzadors està en constant expansió, fet que permet augmentar l'eficiència de moltes tecnologies.
Producció d'amoníac
Considerem algunes reaccions catalitzadores. Es donen exemples de la química inorgànica a partir de les indústries més comunes. La síntesi d'amoníac és una reacció exotèrmica, reversible, que es caracteritza per una disminució del volum de la substància gasosa. El procés té lloc en un catalitzador, que és ferro porós amb l'addició d'òxid d'alumini, calci, potassi, silici. Aquest catalitzador és actiu i estable en el rang de temperatures de 650-830K.
Enviar-li de manera irreversible compostos de sofre, en particular monòxid de carboni (CO). Durant les últimes dècades, gràcies a la introducció de tecnologies innovadores, la pressió s'ha reduït significativament. Per exemple, es va crear un convertidor que us permet baixar l'indicador de pressió a 8106 - 15106 Pa.
La modernització del circuit frontal ha reduït significativament la probabilitat de trobar-hi verins catalítics: compostos de sofre,clor. Els requisits per al catalitzador també han augmentat significativament. Si abans es produïa fonent òxids de ferro (escala), afegint-hi òxids de magnesi i calci, ara l'òxid de cob alt fa el paper d'un nou activador.
Oxidació de l'amoníac
Quines són les característiques de les reaccions catalíticas i no catalíticas? Es poden considerar exemples de processos que depenen de l'addició de determinades substàncies basats en l'oxidació de l'amoníac:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Aquest procés és possible a una temperatura d'uns 800 °C, així com un catalitzador selectiu. Per accelerar la interacció, s'utilitza platí i els seus aliatges amb manganès, ferro, crom i cob alt. Actualment, el principal catalitzador industrial és una barreja de platí amb rodi i pal·ladi. Aquest enfocament va permetre reduir significativament el cost del procés.
Descomposició de l'aigua
Tenint en compte les equacions de les reaccions catalítiques, no es pot ignorar la reacció d'obtenció d'oxigen i hidrogen gasosos per electròlisi de l'aigua. El procés comporta uns costos energètics importants, de manera que s'utilitza amb poca freqüència a escala industrial.
El platí metàl·lic amb una mida de partícules d'uns 5-10 nm (nanocúmuls) actua com un accelerador òptim per a aquest procés. La introducció d'aquesta substància accelera la descomposició de l'aigua en un 20-30 per cent. Altres avantatges inclouen l'estabilitat del catalitzador de monòxid de carboni de platí.
El 2010un equip de científics nord-americans va rebre un catalitzador barat que redueix el consum d'energia per a l'electròlisi de l'aigua. Es van convertir en un compost de níquel i bor, el cost dels quals és significativament inferior al del platí. El catalitzador bor-níquel ha estat apreciat en la producció d'hidrogen industrial.
Síntesi de iodur d'alumini
Aconsegueix aquesta sal fent reaccionar pols d'alumini amb iode. Una gota d'aigua és suficient per actuar com a catalitzador per iniciar una reacció química.
Primer, la pel·lícula d'òxid d'alumini actua com a accelerador del procés. El iode, dissolt en aigua, forma una barreja d'àcids iòdics i àcids iòdics. L'àcid, al seu torn, dissol la pel·lícula d'òxid d'alumini, actuant com a catalitzador del procés químic.
Resumeix
Cada any augmenta l'escala d'aplicació dels processos catalítics en diverses àrees de la indústria moderna. Es demanen catalitzadors que permeten neutralitzar substàncies perilloses per al medi ambient. També creix el paper dels compostos necessaris per a la fabricació d'hidrocarburs sintètics a partir de carbó i gas. Les noves tecnologies ajuden a reduir els costos energètics en la producció industrial de diverses substàncies.
Gràcies a la catàlisi, és possible obtenir compostos polimèrics, productes amb propietats valuoses, modernitzar tecnologies de conversió de combustible en energia elèctrica, sintetitzar substàncies necessàries per avida i activitats humanes.
