მრეწველობის სწრაფი ზრდის გამო, კატალიზური რეაქციები სულ უფრო მოთხოვნადი ხდება ქიმიურ წარმოებაში, მანქანათმშენებლობასა და მეტალურგიაში. კატალიზატორების გამოყენების წყალობით შესაძლებელია დაბალი ხარისხის ნედლეულის ღირებულ პროდუქტად გადაქცევა.
მნიშვნელობა
კატალიტიკური რეაქციები გამოირჩევიან გამოყენებული აგენტების მრავალფეროვნებით. ორგანულ სინთეზში ისინი ხელს უწყობენ დეჰიდროგენაციის, ჰიდროგენიზაციის, ჰიდრატაციის, დაჟანგვისა და პოლიმერიზაციის მნიშვნელოვან აჩქარებას. კატალიზატორი შეიძლება ჩაითვალოს „ფილოსოფოს ქვად“, რომელიც ნედლეულს მზა პროდუქტად აქცევს: ბოჭკოებს, წამლებს, ქიმიკატებს, სასუქებს, საწვავს, პლასტმასს.
კატალიზური რეაქციები შესაძლებელს ხდის მრავალი პროდუქტის მიღებას, რომლის გარეშეც შეუძლებელია ნორმალური ცხოვრება და ადამიანის საქმიანობა.
Catalysis გაძლევთ საშუალებას დააჩქაროთ პროცესებიათასობით და მილიონჯერ, რის გამოც ის ამჟამად გამოიყენება სხვადასხვა ქიმიური მრეწველობის 91%-ში.
საინტერესო ფაქტები
ბევრი თანამედროვე სამრეწველო პროცესი, როგორიცაა გოგირდმჟავას სინთეზი, შეიძლება განხორციელდეს მხოლოდ კატალიზატორის გამოყენებით. კატალიზური აგენტების მრავალფეროვნება უზრუნველყოფს საავტომობილო ინდუსტრიისთვის საავტომობილო ზეთების შექმნას. 1900 წელს პირველად სამრეწველო მასშტაბით განხორციელდა მარგარინის კატალიზური სინთეზი მცენარეული ნედლეულიდან (ჰიდროგენაციით)..
1920 წლიდან შემუშავდა მექანიზმი კატალიზური რეაქციებისთვის ბოჭკოების და პლასტმასის წარმოებაში. საეტაპო მოვლენა იყო ეთერების, ოლეფინების, კარბოქსილის მჟავების, ისევე როგორც სხვა საწყისი მასალების კატალიზური წარმოება პოლიმერული ნაერთების წარმოებისთვის.
ნავთობის გადამუშავება
გასული საუკუნის შუა წლებიდან, კატალიზური რეაქციები გამოიყენება ნავთობის გადამუშავებაში. ამ ღირებული ბუნებრივი რესურსის დამუშავება ერთდროულად რამდენიმე კატალიზურ პროცესს მოიცავს:
- რეფორმირება;
- გატეხვა;
- ჰიდროსულფონაცია;
- პოლიმერიზაცია;
- ჰიდროკრეკინგი;
- ალკილაცია.
გასული საუკუნის ბოლოდან შესაძლებელი გახდა კატალიზატორის შემუშავება ატმოსფეროში გამონაბოლქვის შესამცირებლად.
მიენიჭა რამდენიმე ნობელის პრემია კატალიზსა და მასთან დაკავშირებულ სფეროებში მუშაობისთვის.
პრაქტიკული შესაბამისობა
კატალიტიკური რეაქცია არის ნებისმიერი პროცესი, რომელიც მოიცავს ამაჩქარებლების (კატალიზატორების) გამოყენებას. ასეთი ურთიერთქმედების პრაქტიკული მნიშვნელობის შესაფასებლად, მაგალითად შეიძლება მოვიყვანოთ აზოტთან და მის ნაერთებთან დაკავშირებული რეაქციები. ვინაიდან ეს რაოდენობა ბუნებით ძალიან შეზღუდულია, საკვების ცილის შექმნა სინთეზური ამიაკის გამოყენების გარეშე ძალიან პრობლემურია. პრობლემა მოგვარდა Haber-Bosch-ის კატალიზური პროცესის შემუშავებით. კატალიზატორების გამოყენება მუდმივად ფართოვდება, რაც შესაძლებელს ხდის მრავალი ტექნოლოგიის ეფექტურობის გაზრდას.
ამიაკის წარმოება
მოდით განვიხილოთ რამდენიმე კატალიზური რეაქცია. არაორგანული ქიმიის მაგალითები მოცემულია ყველაზე გავრცელებული ინდუსტრიების საფუძველზე. ამიაკის სინთეზი არის ეგზოთერმული, შექცევადი რეაქცია, რომელიც ხასიათდება აირისებრი ნივთიერების მოცულობის შემცირებით. პროცესი მიმდინარეობს კატალიზატორზე, რომელიც არის ფოროვანი რკინა ალუმინის ოქსიდის, კალციუმის, კალიუმის, სილიციუმის დამატებით. ასეთი კატალიზატორი აქტიური და სტაბილურია 650-830K ტემპერატურის დიაპაზონში.
შეუქცევად გაუგზავნეთ მას გოგირდის ნაერთები, კერძოდ ნახშირბადის მონოქსიდი (CO). ბოლო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში, ინოვაციური ტექნოლოგიების დანერგვის წყალობით, წნევა მნიშვნელოვნად შემცირდა. მაგალითად, გაკეთდა კონვერტორი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ შეამციროთ წნევის მაჩვენებელი 8106 - 15106 Pa.
წინა წრედის მოდერნიზაციამ საგრძნობლად შეამცირა მასში კატალიზური შხამების - გოგირდის ნაერთების აღმოჩენის ალბათობა,ქლორი. ასევე მნიშვნელოვნად გაიზარდა მოთხოვნები კატალიზატორზე. თუ ადრე იგი წარმოიქმნებოდა რკინის ოქსიდების (მასშტაბების) დნობით, მაგნიუმის და კალციუმის ოქსიდების დამატებით, ახლა კობალტის ოქსიდი ასრულებს ახალი აქტივატორის როლს.
ამიაკის დაჟანგვა
რა არის კატალიზური და არაკატალიტიკური რეაქციების მახასიათებლები? პროცესების მაგალითები, რომლებიც დამოკიდებულია გარკვეული ნივთიერებების დამატებაზე, შეიძლება განვიხილოთ ამიაკის დაჟანგვის საფუძველზე:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
ეს პროცესი შესაძლებელია დაახლოებით 800°C ტემპერატურაზე, ასევე სელექციური კატალიზატორით. ურთიერთქმედების დასაჩქარებლად გამოიყენება პლატინი და მისი შენადნობები მანგანუმთან, რკინასთან, ქრომთან და კობალტთან. ამჟამად, მთავარი სამრეწველო კატალიზატორი არის პლატინის ნარევი როდიუმთან და პალადიუმთან. ამ მიდგომამ შესაძლებელი გახადა პროცესის ღირებულების მნიშვნელოვნად შემცირება.
წყლის დაშლა
კატალიზური რეაქციების განტოლებების გათვალისწინებით, არ შეიძლება უგულებელვყოთ წყლის ელექტროლიზით აირისებრი ჟანგბადისა და წყალბადის მიღების რეაქცია. პროცესი მოიცავს მნიშვნელოვან ენერგეტიკულ ხარჯებს, ამიტომ იგი იშვიათად გამოიყენება სამრეწველო მასშტაბით.
მეტალის პლატინა ნაწილაკების ზომით დაახლოებით 5-10 ნმ (ნანოკლასტერები) მოქმედებს როგორც ოპტიმალური ამაჩქარებელი ასეთი პროცესისთვის. ასეთი ნივთიერების შეყვანა წყლის დაშლას 20-30 პროცენტით აჩქარებს. სხვა უპირატესობებში შედის პლატინის ნახშირბადის მონოქსიდის კატალიზატორის სტაბილურობა.
2010 წელსამერიკელმა მეცნიერთა ჯგუფმა მიიღო იაფი კატალიზატორი, რომელიც ამცირებს ენერგიის მოხმარებას წყლის ელექტროლიზისთვის. ისინი გახდნენ ნიკელისა და ბორის ნაერთი, რომლის ღირებულება პლატინაზე მნიშვნელოვნად დაბალია. ბორი-ნიკელის კატალიზატორი დაფასებულია სამრეწველო წყალბადის წარმოებაში.
ალუმინის იოდიდის სინთეზი
მიიღეთ ეს მარილი ალუმინის ფხვნილის იოდთან რეაქციით. ერთი წვეთი წყალი საკმარისია ქიმიური რეაქციის დასაწყებად კატალიზატორის როლში.
პირველ რიგში, ალუმინის ოქსიდის ფილმი მოქმედებს როგორც პროცესის ამაჩქარებელი. იოდი, წყალში იხსნება, წარმოქმნის ჰიდროიოდური და იოდის მჟავების ნარევს. მჟავა, თავის მხრივ, ხსნის ალუმინის ოქსიდის ფენას, მოქმედებს როგორც კატალიზატორი ქიმიური პროცესისთვის.
შეჯამება
ყოველწლიურად იზრდება კატალიზური პროცესების გამოყენების მასშტაბები თანამედროვე ინდუსტრიის სხვადასხვა სფეროში. მოთხოვნადია კატალიზატორები, რომლებიც საშუალებას გაძლევთ გაანეიტრალოთ გარემოსთვის საშიში ნივთიერებები. ასევე იზრდება ნაერთების როლი, რომლებიც აუცილებელია ქვანახშირისა და გაზისგან სინთეზური ნახშირწყალბადების წარმოებისთვის. ახალი ტექნოლოგიები ხელს უწყობს ენერგიის ხარჯების შემცირებას სხვადასხვა ნივთიერებების სამრეწველო წარმოებაში.
კატალიზის წყალობით შესაძლებელია პოლიმერული ნაერთების, ღირებული თვისებების მქონე პროდუქტების მიღება, საწვავის ელექტროენერგიად გადაქცევის ტექნოლოგიების მოდერნიზაცია, საჭირო ნივთიერებების სინთეზი.ადამიანის ცხოვრება და საქმიანობა.
