A causa della rapida crescita dell'industria, le reazioni catalitiche stanno diventando sempre più richieste nella produzione chimica, nell'ingegneria meccanica e nella metallurgia. Grazie all'utilizzo di catalizzatori è possibile trasformare materie prime di bassa qualità in un prodotto di pregio.
Significato
Le reazioni catalitiche si distinguono per la varietà di agenti utilizzati. Nella sintesi organica, contribuiscono a una significativa accelerazione della deidrogenazione, idrogenazione, idratazione, ossidazione e polimerizzazione. Il catalizzatore può essere considerato una "pietra filosofale" che trasforma le materie prime in prodotti finiti: fibre, farmaci, prodotti chimici, fertilizzanti, combustibili, plastica.
Le reazioni catalitiche consentono di ottenere numerosi prodotti, senza i quali la vita normale e l'attività umana sono impossibili.
Catalysis ti consente di velocizzare i processi inmigliaia e milioni di volte, motivo per cui è attualmente utilizzato nel 91% delle varie industrie chimiche.
Fatti interessanti
Molti processi industriali moderni, come la sintesi dell'acido solforico, possono essere eseguiti solo utilizzando un catalizzatore. Un'ampia varietà di agenti catalitici garantisce la creazione di oli motore per l'industria automobilistica. Nel 1900, per la prima volta su scala industriale, fu effettuata una sintesi catalitica di margarina da materie prime vegetali (mediante idrogenazione).
Dal 1920 è stato sviluppato un meccanismo per reazioni catalitiche nella produzione di fibre e plastica. Un evento fondamentale è stata la produzione catalitica di esteri, olefine, acidi carbossilici e altri materiali di partenza per la produzione di composti polimerici.
Raffinazione del petrolio
Dalla metà del secolo scorso, le reazioni catalitiche sono state utilizzate nella raffinazione del petrolio. L'elaborazione di questa preziosa risorsa naturale coinvolge diversi processi catalitici contemporaneamente:
- riformare;
- cracking;
- idrosolfonazione;
- polimerizzazione;
- idrocracking;
- alchilazione.
Dalla fine del secolo scorso è stato possibile sviluppare un convertitore catalitico per ridurre le emissioni di scarico nell'atmosfera.
Diversi premi Nobel sono stati assegnati per il lavoro nella catalisi e in campi correlati.
Pertinenza pratica
Una reazione catalitica è qualsiasi processo che implichi l'uso di acceleratori (catalizzatori). Per valutare il significato pratico di tali interazioni, si possono citare come esempio le reazioni associate all'azoto e ai suoi composti. Poiché questa quantità è di natura molto limitata, la creazione di proteine alimentari senza l'uso di ammoniaca sintetica è molto problematica. Il problema è stato risolto con lo sviluppo del processo catalitico Haber-Bosch. L'uso dei catalizzatori è in continua espansione, il che rende possibile aumentare l'efficienza di molte tecnologie.
Produzione di ammoniaca
Consideriamo alcune reazioni catalitiche. Esempi di chimica inorganica sono forniti sulla base delle industrie più comuni. La sintesi dell'ammoniaca è una reazione esotermica reversibile, caratterizzata da una diminuzione del volume della sostanza gassosa. Il processo avviene su un catalizzatore, che è ferro poroso con l'aggiunta di ossido di alluminio, calcio, potassio, silicio. Tale catalizzatore è attivo e stabile nell'intervallo di temperatura di 650-830 K.
Inviare irreversibilmente composti solforati, in particolare monossido di carbonio (CO). Negli ultimi decenni, grazie all'introduzione di tecnologie innovative, la pressione è stata notevolmente ridotta. Ad esempio, è stato realizzato un convertitore che consente di abbassare l'indicatore di pressione a 8106 - 15106 Pa.
La modernizzazione del circuito anteriore ha ridotto significativamente la probabilità di trovare veleni catalitici al suo interno: composti di zolfo,cloro. Anche i requisiti per il catalizzatore sono aumentati in modo significativo. Se prima veniva prodotto fondendo ossidi di ferro (scaglie), aggiungendo ossidi di magnesio e calcio, ora l'ossido di cob alto svolge il ruolo di un nuovo attivatore.
Ossidazione dell'ammoniaca
Quali sono le caratteristiche delle reazioni catalitiche e non? Esempi di processi che dipendono dall'aggiunta di determinate sostanze possono essere considerati basati sull'ossidazione dell'ammoniaca:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Questo processo è possibile ad una temperatura di circa 800°C, oltre che come catalizzatore selettivo. Per accelerare l'interazione, vengono utilizzati platino e sue leghe con manganese, ferro, cromo e cob alto. Attualmente, il principale catalizzatore industriale è una miscela di platino con rodio e palladio. Questo approccio ha permesso di ridurre significativamente il costo del processo.
Decomposizione dell'acqua
Considerando le equazioni delle reazioni catalitiche, non si può ignorare la reazione di ottenere ossigeno gassoso e idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua. Il processo comporta notevoli costi energetici, quindi viene utilizzato raramente su scala industriale.
Il platino metallico con una dimensione delle particelle di circa 5-10 nm (nanocluster) funge da acceleratore ottimale per tale processo. L'introduzione di una tale sostanza accelera la decomposizione dell'acqua del 20-30 percento. Altri vantaggi includono la stabilità del catalizzatore di monossido di carbonio platino.
Nel 2010un team di scienziati americani ha ricevuto un catalizzatore economico che riduce il consumo di energia per l'elettrolisi dell'acqua. Sono diventati un composto di nichel e boro, il cui costo è significativamente inferiore al platino. Il catalizzatore boro-nichel è stato apprezzato nella produzione di idrogeno industriale.
Sintesi di ioduro di alluminio
Prendi questo sale facendo reagire la polvere di alluminio con lo iodio. Una goccia d'acqua è sufficiente per fungere da catalizzatore per avviare una reazione chimica.
In primo luogo, il film di ossido di alluminio funge da acceleratore del processo. Lo iodio, dissolvendosi in acqua, forma una miscela di acido iodico e acido iodico. L'acido, a sua volta, dissolve la pellicola di ossido di alluminio, fungendo da catalizzatore per il processo chimico.
Riassumi
Ogni anno, la scala di applicazione dei processi catalitici in varie aree dell'industria moderna aumenta. Sono richiesti catalizzatori che consentono di neutralizzare sostanze pericolose per l'ambiente. Cresce anche il ruolo dei composti necessari per la produzione di idrocarburi sintetici da carbone e gas. Le nuove tecnologie aiutano a ridurre i costi energetici nella produzione industriale di varie sostanze.
Grazie alla catalisi è possibile ottenere composti polimerici, prodotti con proprietà pregiate, modernizzare le tecnologie per convertire i combustibili in energia elettrica, sintetizzare sostanze necessarie pervita e attività umane.
