Прискорювач реакції у хімії. Що таке каталізатор і для чого він потрібний? Каталізатори подвійної дії

← попередня наступна →

Наші публікації

 Гвоздика (пряність) та її цілюща сила Рубрика: Здоровий спосіб життя

Традиційно гвоздика зустрічається практично в кожному рецепті пряників та пуншів. Ця пряність покращує смак соусів, а також м'ясних та овочевих страв. Вчені виявили, що пряна гвоздика є чудовим антиоксидантом і тому підходить для зміцнення захисних сил організму.

Рубрика: Здоровий спосіб життя

Черемша (дикий часник) - свого роду провісник весни, на якого чекають з нетерпінням. Це не дивно, адже ніжне зелене листя дикого часнику є не лише кулінарною, а й корисною для здоров'я родзинкою! Черемша виводить токсини, знижує кров'яний тиск та рівень холестерину. Вона бореться з існуючим атеросклерозом та захищає організм від бактерій та грибків. На додаток до великої кількості вітамінів і поживних речовин, дикий часник також містить активний інгредієнт Алліїн - природний антибіотик з різноманітною лікувальною дією.

Рубрика: Здоровий спосіб життя

Зима – час грипу. Щорічна хвиля захворювань на грип зазвичай починається в січні і триває три-чотири місяці. Чи можна запобігти грипу? Як захистити себе від грипу? Чи є вакцина проти грипу справді єдиною альтернативою чи є інші способи? Що конкретно можна зробити для зміцнення імунної системи та запобігання грипу природними способами, ви дізнаєтесь у нашій статті.

Рубрика: Здоровий спосіб життя

Існує безліч лікарських рослин від застудних захворювань. У нашій статті ви познайомитеся з найбільш важливими травами, які допоможуть вам швидше впоратися із застудою та стати сильнішими. Ви дізнаєтеся, які рослини допомагають при нежиті, чинять протизапальну дію, полегшують біль у горлі та заспокоюють кашель.

Як стати щасливим? Кілька кроків на щастя Рубрика: Психологія відносин

Ключі на щастя знаходяться не так далеко, як це може здатися. Є речі, які затьмарюють нашу дійсність. Їх необхідно позбавлятися. У нашій статті ми познайомимо вас з кількома кроками, за допомогою яких ваше життя стане яскравішим, і ви відчуєте себе щасливішим.

Вчимося вибачатися правильно Рубрика: Психологія відносин

Людина може швидко щось сказати і навіть не помітити, що вона образила когось. Миттєво може розгорітися сварка. Одне погане слово слідує за наступним. Якогось моменту ситуація настільки розжарюється, що, схоже, з неї вже немає виходу. Єдиний порятунок – щоб один із учасників сварки зупинився та вибачився. Щиро та доброзичливо. Адже холодне «Вибачте» не викликає жодних емоцій. Правильне вибачення – найкращий лікар для стосунків у кожній життєвій ситуації.

Рубрика: Психологія відносин

Зберігати гармонійні стосунки з партнером – це не просто, але нескінченно важливо для нашого здоров'я. Можна правильно харчуватися, регулярно займатися спортом, мати чудову роботу та багато грошей. Але ніщо з цього не допоможе, якщо ми маємо проблеми у стосунках з дорогою людиною. Тому так важливо, щоб наші відносини були гармонійними, а як цього досягти, допоможуть поради у цій статті.

Неприємний запах із рота: у чому причина? Рубрика: Здоровий спосіб життя

Поганий запах із рота - досить неприємне питання не тільки для самого винуватця цього запаху, а й для його близьких. Неприємний запах у виняткових випадках, наприклад у вигляді часникової їжі, прощається всім. Хронічний поганий запах із рота, однак, може легко просувати людину до соціального офсайду. Так не повинно відбуватися, тому що причина неприємного запаху з рота може бути здебільшого відносно легко виявлена ​​та усунена.

Рубрика:

Спальня завжди має бути оазою миру та благополуччя. Очевидно тому багато людей хочуть прикрасити спальню кімнатними рослинами. Але чи це доцільно? І якщо так, то які рослини підходять для спальної кімнати?

Сучасні наукові знання ганьблять давню теорію про те, що квіти в спальні недоречні. Раніше вважалося, що зелені та квітучі рослини вночі споживають багато кисню і можуть спричинити проблеми зі здоров'ям. Насправді кімнатні рослини мають мінімальну потребу у кисні.

Секрети нічної фотозйомки Рубрика: Фотографія

Які ж параметри камери слід використовувати під час тривалої експозиції, нічної фотозйомки та фотозйомки з низьким рівнем освітлення? У нашій статті ми зібрали кілька порад та рекомендацій, які допоможуть Вам зробити якісні нічні фотографії.

Каталізатори поділяються на гомогенніі гетерогенні. Гомогенний каталізатор знаходиться в одній фазі з реагуючими речовинами, гетерогенний - утворює самостійну фазу, відокремлену межею розділу від фази, в якій знаходяться речовини, що реагують. Типовими гомогенними каталізаторами є кислоти та основи. Як гетерогенні каталізатори застосовуються метали, їх оксиди і сульфіди.

Реакції того самого типу можуть протікати як з гомогенними, і з гетерогенними каталізаторами. Так, поряд з розчинами кислот застосовуються тверді Al 2 O 3 , TiO 2 , ThO 2 , алюмосилікати, цеоліти, що мають кислотні властивості. Гетерогенні каталізатори з основними властивостями: CaO, BaO, MgO.

Гетерогенні каталізатори мають, як правило, сильно розвинену поверхню, для чого їх розподіляють на інертному носії (силікагель, оксид алюмінію, активоване вугілля та ін.).

Для кожного типу реакцій ефективні лише певні каталізатори. Окрім уже згаданих кислотно-основних, існують каталізатори окислення-відновлення; для них характерна присутність перехідного металу або його з'єднання (З +3, V2O5+MoO3). У цьому випадку каталіз здійснюється шляхом зміни ступеня окиснення перехідного металу.

Багато реакцій здійснено за допомогою каталізаторів, які діють через координацію реагентів атома або іона перехідного металу (Ti, Rh, Ni). Такий каталіз називається координаційним.

Якщо каталізатор має хіральні властивості, то з оптично неактивного субстрату виходить оптично активний продукт.

У сучасній науці та техніці часто застосовують системи з кількох каталізаторів, кожен із яких прискорює різні стадії реакції . Каталізатор також може збільшувати швидкість однієї зі стадій каталітичного циклу, здійснюваного іншим каталізатором. Тут має місце «каталіз каталізу», або каталіз другого рівня.

У біохімічних реакціях роль каталізаторів відіграють ферменти.

Каталізатори слід відрізняти від ініціаторів. Наприклад, перекиси розпадаються на вільні радикали, які можуть ініціювати радикальні ланцюгові реакції. Ініціатори витрачаються у процесі реакції, тому їх не можна вважати каталізаторами.

механізм каталізу: 1) хутро. стадійний (зміна шляху реакції) 2) асоціактивний 3) ферментативний 4) мікрогетерогенний

Специфіка каталізуполягає в тому, що в присутності каталізатора змінюється шлях, яким проходить сумарна реакція, утворюються інші перехідні стани з іншими енергіями активації, а тому змінюється і швидкість хім. реакції.

переробка деревини вимагає великих витрат у виробництві, тому використовують каталізатори, які прискорюють процес хімічного перетворення, збільшують вихід продукту та зменшують викид шкідливих речовин. перевага вип. каталізаторів у тому, що вони не вимагають великих витрат.

28. Розчини. Процеси при освіті розчинів. Ідеальні та реальні розчини. Гідрати та сольвати.

Розчини- гомогенні (однорідні) системи, тобто кожен із компонентів розподілений у масі іншого у вигляді молекул, атомів або іонів

Процес взаємодії розчинника та розчиненої речовини називається сольватацією(якщо розчинником є ​​вода - гідратацією).

Енергетичною характеристикою розчинення є теплота освіти розчину, Яка алгебраїчна сума теплових ефектів всіх ендо-і екзотермічних стадій процесу. Найбільш значними серед них є: – процеси, що поглинають тепло- руйнування кристалічних ґрат, розриви хімічних зв'язків у молекулах; - виділяють тепло процеси- утворення продуктів взаємодії розчиненої речовини з розчинником (гідрати) та ін.

СОЛЬВАТИ, продукти приєднання розчинника до розчинених речовин. Зазвичай сольвати утворюються в розчині, але нерідко (при охолодженні розчину, випаровуванні розчинника та ін) м. б. отримані у вигляді кристаліч. фаз-кристалосольватів.

Гідрати - продукти приєднання води до неорганічних та органічних речовин

Зміст статті

КАТАЛІЗ,прискорення хімічних реакцій під впливом малих кількостей речовин (каталізаторів), які у ході реакції не змінюються. Каталітичні процеси грають величезну роль нашому житті. Біологічні каталізатори, звані ферментами, беруть участь у регуляції біохімічних процесів. Без каталізаторів не могли б протікати багато промислових процесів.

Найважливіше якість каталізаторів – селективність, тобто. здатність збільшувати швидкість лише певних хімічних реакцій із багатьох можливих. Це дозволяє здійснювати реакції, що протікають у звичайних умовах занадто повільно, щоб їм можна було знайти практичне застосування та забезпечує утворення потрібних продуктів.

Застосування каталізаторів сприяло бурхливому розвитку хімічної промисловості. Вони широко використовуються при переробці нафти, отриманні різних продуктів, створенні нових матеріалів (наприклад, пластмас), нерідко дешевших, ніж раніше. Приблизно 90% обсягу сучасного хімічного виробництва ґрунтується на каталітичних процесах. p align="justify"> Особливу роль відіграють каталітичні процеси в охороні навколишнього середовища.

Більшість каталітичних реакцій проводять при певних тиску і температури, пропускаючи реакційну суміш, що знаходиться в газоподібному або рідкому стані, через реактор, заповнений частинками каталізатора. Для опису умов проведення реакції та характеристики продуктів використовуються такі поняття. Об'ємна швидкість - обсяг газу або рідини, що проходить через одиницю об'єму каталізатора за одиницю часу. Каталітична активність – кількість реагентів, перетворених каталізатором на продукти за одиницю часу. Конверсія – частка речовини, перетвореного на даної реакції. Селективність – відношення кількості певного товару до сумарному кількості товарів (зазвичай виявляється у відсотках). Вихід - відношення кількості даного продукту до кількості вихідного матеріалу (зазвичай виражається у відсотках). Продуктивність – кількість продуктів реакції, що утворюються в одиниці обсягу за одиницю часу.

ТИПИ КАТАЛІЗАТОРІВ

Каталізатори класифікують, виходячи з природи реакції, яку вони прискорюють, їх хімічного складу або фізичних властивостей. Каталітичними властивостями володіють тією чи іншою мірою практично всі хімічні елементи та речовини – власними силами або, частіше, у різних поєднаннях. За своїми фізичними властивостями каталізатори поділяються на гомогенні та гетерогенні. Гетерогенні каталізатори - це тверді речовини, гомогенні дисперговані в тому ж газовому або рідкому середовищі, що і речовини, що реагують.

Багато гетерогенних каталізаторів містять метали. Деякі метали, що особливо відносяться до VIII групи періодичної системи елементів, мають каталітичну активність власними силами; Типовий приклад – платина. Але більшість металів виявляють каталітичні властивості, перебуваючи у складі сполук; приклад – глинозем (оксид алюмінію Al2O3).

Незвичайною властивістю багатьох гетерогенних каталізаторів є велика площа поверхні. Вони пронизані численними порами, сумарна площа яких іноді досягає 500 м 2 на 1 г каталізатора. У багатьох випадках оксиди з великою площею поверхні є підкладкою, на якій у вигляді невеликих кластерів осаджуються частинки металевого каталізатора. Це забезпечує ефективну взаємодію реагентів у газовій чи рідкій фазі з каталітично активним металом. Особливий клас гетерогенних каталізаторів становлять цеоліти – кристалічні мінерали групи алюмосилікатів (з'єднань кремнію та алюмінію). Хоча багато гетерогенних каталізаторів мають велику площу поверхні, зазвичай вони мають лише невелику кількість активних центрів, на частку яких припадає мала частина сумарної поверхні. Каталізатори можуть втрачати свою активність у присутності невеликих кількостей хімічних сполук, званих каталітичною отрутою. Ці речовини зв'язуються з активними центрами, блокуючи їх. Визначення структури активних центрів предметом інтенсивних досліджень.

Гомогенні каталізатори мають різну хімічну природу - кислоти (Н 2 SO 4 або Н 3 РО 4), основи (NaOH), органічні аміни, метали, найчастіше перехідні (Fe або Rh), у формі солей, металоорганічних сполук або карбонілів. До каталізаторів належать також ферменти - білкові молекули, що регулюють біохімічні реакції. Активний центр деяких ферментів містить атом металу (Zn, Cu, Fe чи Mo). Металовмісні ферменти каталізують реакції за участю малих молекул (О 2 CO 2 або N 2). Ферменти мають дуже високу активність і селективність, але працюють тільки за певних умов, таких, в яких протікають реакції в живих організмах. У промисловості часто використовують т.зв. іммобілізовані ферменти.

ЯК ПРАЦЮЮТЬ КАТАЛІЗАТОРИ

Енергетика.

Будь-яка хімічна реакція може протікати лише за умови, що реагенти подолають енергетичний бар'єр, а для цього вони мають придбати певну енергію. Як ми вже говорили, каталітична реакція X ® Y складається з низки послідовних стадій. Для протікання кожної з них потрібна енергія E, що називається енергією активації. Зміна енергії вздовж координати реакції представлена ​​на рис. 1.

Розглянемо спочатку некаталітичний, "тепловий" шлях. Щоб реакція змогла здійснитись, потенційна енергія молекул X повинна перевищити енергетичний бар'єр Eт. Каталітична реакція складається з трьох стадій. Перша – освіта комплексу Х-Кат. (хемосорбція), енергія активації якої дорівнює Еадс. Друга стадія - перегрупування Х-Кат. ® Y-Кат. з енергією активації Екат, і, нарешті, третя – десорбція з енергією активації Едес; Еадс, Екат і Едес набагато менше Ет. Оскільки швидкість реакції експоненційно залежить від енергії активації, каталітична реакція протікає значно швидше за теплову при даній температурі.

Каталізатор можна уподібнити інструктору-провіднику, який веде альпіністів через гірський хребет (реагуючі молекули). Він проводить одну групу через перевал і потім повертається за наступною. Шлях через перевал лежить значно нижче від того, що лежить через вершину (тепловий канал реакції), і група здійснює перехід швидше, ніж без провідника (каталізатора). Можливо навіть, що самостійно гурт взагалі не зміг би подолати хребет.

Теорії каталізу.

Для пояснення механізму каталітичних реакцій було запропоновано три групи теорій: геометричні, електронні та хімічна. У геометричних теоріях основна увага звернена на відповідність між геометричною конфігурацією атомів активних центрів каталізатора та атомів тієї частини молекул, що реагують, яка відповідальна за зв'язування з каталізатором. Електронні теорії виходять із уявлення, що хемосорбція обумовлюється електронним взаємодією, що з перенесенням заряду, тобто. ці теорії пов'язують каталітичну активність із електронними властивостями каталізатора. Хімічна теорія розглядає каталізатор як хімічну сполуку з характерними властивостями, що утворює хімічні зв'язки з реагентами, у результаті формується нестабільний перехідний комплекс. Після розпаду комплексу із вивільненням продуктів каталізатор повертається у вихідний стан. Остання теорія вважається нині найбільш адекватною.

На молекулярному рівні каталітичну газофазну реакцію можна наступним чином. Одна реагуюча молекула зв'язується з активним центром каталізатора, а інша взаємодіє з нею, перебуваючи у газовій фазі. Можливий і альтернативний механізм: молекули, що реагують, адсорбуються на сусідніх активних центрах каталізатора, а потім взаємодіють один з одним. Очевидно, саме в такий спосіб протікає більшість каталітичних реакцій.

Інша концепція передбачає, що є зв'язок між просторовим розташуванням атомів лежить на поверхні каталізатора та її каталітичної активністю. Швидкість одних каталітичних процесів, зокрема багатьох реакцій гідрування, залежить від взаємного розташування каталітично активних атомів лежить на поверхні; швидкість інших, навпаки, значно змінюється за зміни просторової зміни поверхневих атомів. Як приклад можна навести ізомеризацію неопентану в ізопентан і одночасний крекінг останнього до ізобутану та метану на поверхні каталізатора Pt-Al 2 O 3 .

ЗАСТОСУВАННЯ КАТАЛІЗУ В ПРОМИСЛОВОСТІ

Те бурхливе промислове зростання, яке ми зараз переживаємо, було б неможливим без розвитку нових хімічних технологій. Значною мірою цей прогрес визначається широким застосуванням каталізаторів, за допомогою яких низькосортна сировина перетворюється на високоцінні продукти. Образно кажучи, каталізатор – це філософський камінь сучасного алхіміка, тільки він перетворює не свинець на золото, а сировину на ліки, пластмаси, хімічні реактиви, паливо, добрива та інші корисні продукти.

Мабуть, найперший каталітичний процес, який людина навчилася використовувати – це бродіння. Рецепти приготування алкогольних напоїв відомі шумерам ще за 3500 до н.е. Див. ВИНО; ПИВО.

Значною віхою у практичному застосуванні каталізу стало виробництво маргарину каталітичним гідруванням олії. Вперше ця реакція у промисловому масштабі була здійснена приблизно у 1900. А починаючи з 1920-х років один за одним були розроблені каталітичні способи одержання нових органічних матеріалів, насамперед пластмас. Ключовим моментом стало каталітичне одержання олефінів, нітрилів, ефірів, кислот тощо. – «цеглинок» для хімічного «будівництва» пластмас.

Третя хвиля промислового використання каталітичних процесів посідає 1930-ті роки і пов'язані з переробкою нафти. За своїм обсягом це виробництво незабаром залишило далеко за всі інші. Переробка нафти складається з кількох каталітичних процесів: крекінгу, риформінгу, гідросульфування, гідрокрекінгу, ізомеризації, полімеризації та алкілування.

І нарешті, четверта хвиля використання каталізу пов'язані з охороною навколишнього середовища. Найбільш відоме досягнення у цій галузі – створення каталітичного нейтралізатора вихлопних газів автомобілів. Каталітичні нейтралізатори, які встановлюють на автомобілі з 1975 року, відіграли велику роль у покращенні якості повітря та зберегли таким чином багато життів.

За роботи в галузі каталізу та суміжних областей було присуджено близько десятка Нобелівських премій.

Про практичну значущість каталітичних процесів свідчить той факт, що частку азоту, що входить до складу отриманих промисловим шляхом азотовмісних сполук, припадає близько половини всього азоту, що входить до складу харчових продуктів. Кількість сполук азоту, що утворюються природним шляхом, обмежена, тому виробництво харчового білка залежить від кількості азоту, що вноситься в грунт з добривами. Неможливо було б прогодувати і половину людства без синтетичного аміаку, який одержують майже виключно за допомогою каталітичного процесу Габера – Боша.

Область застосування каталізаторів постійно розширюється. Важливо те, що каталіз дозволяє значно підвищити ефективність раніше розроблених технологій. Як приклад можна навести вдосконалення каталітичного крекінгу завдяки використанню цеолітів.

Гідрування.

Велика кількість каталітичних реакцій пов'язане з активацією атома водню та будь-якої іншої молекули, що призводить до їхньої хімічної взаємодії. Цей процес називається гідруванням і лежить в основі багатьох етапів переробки нафти та одержання рідкого палива з вугілля (процес Бергіуса).

Виробництво авіаційного бензину та моторного палива з вугілля було розвинене у Німеччині під час Другої світової війни, оскільки в цій країні немає нафтових родовищ. Процес Бергіуса полягає у безпосередньому приєднанні водню до вугілля. Вугілля нагрівають під тиском у присутності водню та отримують рідкий продукт, який потім переробляють в авіаційний бензин та моторне паливо. Як каталізатор використовують оксид заліза, а також каталізатори на основі олова і молібдену. Під час війни на 12 заводах Німеччини за допомогою процесу Бергіуса отримували приблизно 1400 т рідкого палива на добу.

Інший процес, Фішера – Тропша, складається із двох стадій. Спочатку вугілля газифікують, тобто. проводять реакцію його з водяною парою і киснем і одержують суміш водню та оксидів вуглецю. Цю суміш перетворюють на рідке паливо за допомогою каталізаторів, що містять залізо або кобальт. Із закінченням війни виробництво синтетичного палива з вугілля у Німеччині було припинено.

В результаті підвищення цін на нафту, що послідував за нафтовим ембарго в 1973-1974, були зроблені енергійні зусилля щодо розробки економічно вигідного способу отримання бензину з вугілля. Так, пряме зрідження вугілля можна проводити більш ефективно, використовуючи двостадійний процес, в якому спочатку вугілля контактує з алюмокобальтомолібденовим каталізатором при відносно низькій, а потім за більш високої температури. Вартість такого синтетичного бензину вища, ніж одержуваного з нафти.

Аміак.

Один із найпростіших з хімічної точки зору процесів гідрування – синтез аміаку з водню та азоту. Азот дуже інертна речовина. Для розриву зв'язку N–N у молекулі необхідна енергія близько 200 ккал/моль. Однак азот зв'язується з поверхнею залізного каталізатора в атомарному стані, і для цього потрібно лише 20 ккал/моль. Водень зв'язується із залізом ще більш охоче. Синтез аміаку протікає так:

Цей приклад ілюструє здатність каталізатора прискорювати однаково як пряму, і зворотну реакцію, тобто. той факт, що каталізатор не змінює положення рівноваги хімічної реакції.

Гідрування рослинної олії.

Одна з найважливіших у практичному відношенні реакцій гідрування – неповне гідрування олії до маргарину, кулінарного жиру та інших харчових продуктів. Рослинні олії одержують із соєвих бобів, насіння бавовнику та інших культур. До їх складу входять ефіри, а саме тригліцериди жирних кислот з різним ступенем ненасиченості. Олеїнова кислота СН 3 (СН 2) 7 СН=СН(СН 2) 7 СООН має один подвійний зв'язок С=С, лінолева кислота – дві та ліноленова – три. Приєднання водню з розривом зв'язку запобігає окисленню масел (прогоркання). При цьому підвищується температура плавлення. Твердість більшості одержуваних продуктів залежить від ступеня гідрування. Гідрування проводять у присутності дрібнодисперсного порошку нікелю, нанесеного на підкладку, або нікелевого каталізатора Ренея в атмосфері водню високого ступеня очищення.

Дегідрування.

Дегідрування - це теж важлива в промисловому відношенні каталітична реакція, хоча масштаби її застосування незрівнянно менші. З її допомогою одержують, наприклад, стирол – важливий мономер. Для цього дегідрують етилбензол у присутності каталізатора, що містить оксид заліза; перебігу реакції сприяють також калій і якийсь структурний стабілізатор. У промислових масштабах здійснюють дегідрування пропану, бутану та інших алканів. Дегідруванням бутану в присутності алюмохромового каталізатора отримують бутени та бутадієн.

Кислотний каталіз.

Каталітична активність великого класу каталізаторів обумовлюється їх кислотними властивостями. Згідно І. Бронстеду та Т. Лоурі, кислота – це сполука, здатна віддавати протон. Сильні кислоти легко віддають свої протони основам. Концепція кислотності набула подальшого розвитку на роботах Г.Льюїса, який дав визначення кислоти як речовини, здатної приймати електронну пару від речовини-донора з утворенням ковалентного зв'язку за рахунок усуспільнення цієї електронної пари. Ці ідеї разом з уявленнями про реакції з утворенням карбоній-іонів допомогли зрозуміти механізм різноманітних каталітичних реакцій, особливо тих, у яких беруть участь вуглеводні.

Силу кислоти можна визначити за допомогою набору основ, що змінюють колір при приєднанні протона. Виявляється, деякі промислово важливі каталізатори поводяться як дуже сильні кислоти. До них відноситься каталізатор процесу Фріделя - Крафтса, такий як HCl-AlCl 2 O 3 (або HAlCl 4), і алюмосилікати. Сила кислоти – дуже важлива характеристика, оскільки від неї залежить швидкість протонування – ключового етапу процесу кислотного каталізу.

Активність таких каталізаторів, як алюмосилікати, що застосовуються при крекінгу нафти, визначається присутністю на поверхні кислот Бронстеда і Льюїса. Їхня структура аналогічна структурі кремнезему (діоксиду кремнію), в якому частина атомів Si 4+ заміщена атомами Al 3+ . Зайвий негативний заряд, що виникає при цьому, може бути нейтралізовано відповідними катіонами. Якщо катіонами є протони, то алюмосилікат поводиться як кислота Брёнстеда:

Активність кислотних каталізаторів обумовлюється їх здатністю реагувати з вуглеводнями з утворенням як проміжний продукт карбоній-іона. Алкілкарбеній-іони містять позитивно заряджений вуглецевий атом, пов'язаний з трьома алкільними групами та/або атомами водню. Вони відіграють важливу роль як проміжні продукти, що утворюються у багатьох реакціях за участю органічних сполук. Механізм дії кислотних каталізаторів можна проілюструвати на прикладі реакції ізомеризації н-бутану в ізобутан у присутності HCl-AlCl 3 або Pt-Cl-Al 2 O 3 . Спочатку мала кількість олефіну З 4 Н 8 приєднує позитивно заряджений іон водню кислотного каталізатора з утворенням третинного карбоній-іона. Потім негативно заряджений гідрид-іон Н - відщеплюється від н-бутану з утворенням ізобутану і вторинного бутилкарбеній-іона Останній в результаті перегрупування перетворюється на третинний карбоній-іон. Цей ланцюжок може продовжуватися з відщепленням гідрид-іону від наступної молекули. н-бутану і т.д.:

Істотно, що третинні карбений-іони більш стабільні, ніж первинні чи вторинні. Внаслідок цього на поверхні каталізатора присутні в основному саме вони, тому основним продуктом ізомеризації бутану є ізобутан.

Кислотні каталізатори широко застосовуються при переробці нафти – крекінгу, алкілюванні, полімеризації та ізомеризації вуглеводнів. Встановлено механізм дії карбоній-іонів, які грають роль каталізаторів у цих процесах. При цьому вони беруть участь у низці реакцій, включаючи утворення малих молекул шляхом розщеплення великих, з'єднання молекул (олефіну з олефіном або олефіну з ізопарафіном), структурне перегрупування шляхом ізомеризації, утворення парафінів та ароматичних вуглеводнів шляхом перенесення водню.

Одне з останніх застосувань кислотного каталізу в промисловості – одержання етилованих палив приєднанням спиртів до ізобутилену чи ізоамілену. Додавання кисневмісних сполук у бензин зменшує концентрацію оксиду вуглецю у вихлопних газах. Метил- трет-бутиловий ефір (МТБЕ) з октановим числом змішування 109 теж дозволяє отримати високооктанове паливо, необхідне для роботи автомобільного двигуна з високим ступенем стиснення, не вдаючись до введення в бензин тетраетилсвинцю. Організовано також виробництво палив з октановими числами 102 та 111.

Основний каталіз.

Активність каталізаторів визначається їх основними властивостями. Давнім і добре відомим прикладом таких каталізаторів є гідроксид натрію, що застосовується для гідролізу або омилення жирів при отриманні мила, а один з останніх прикладів - каталізатори, що використовуються при виробництві поліуретанових пластиків та пінопластів. Уретан утворюється при взаємодії спирту з ізоціанатом, а прискорюється ця реакція в присутності основних амінів. В ході реакції відбувається приєднання основи до атома вуглецю в молекулі ізоціанату, в результаті чого на атомі азоту з'являється негативний заряд і його активність по відношенню до спирту підвищується. Особливо ефективним каталізатором є триетилендіамін. Поліуретанові пластики одержують при взаємодії діізоціанатів з поліолами (поліспіртами). Коли ізоціанат реагує з водою, уретан, що раніше утворився, розкладається з виділенням CO 2 . При взаємодії суміші поліспіртів і води з діізоціанатами пінополіуретан, що утворюється, спінюється газоподібним CO 2 .

Каталізатори подвійної дії.

Ці каталізатори прискорюють реакції двох типів і дають кращі результати, ніж при пропущенні реагентів послідовно через два реактори, кожен з яких містить лише один тип каталізатора. Це пов'язано з тим, що активні центри каталізатора подвійної дії знаходяться дуже близько один до одного, і проміжний продукт, що утворюється на одному з них, перетворюється на кінцевий продукт на іншому.

Хороший результат дає об'єднання каталізатора, що активує водень, з каталізатором, що сприяє ізомеризації вуглеводнів. Активацію водню здійснюють деякі метали, а ізомеризацію вуглеводнів – кислоти. Ефективним каталізатором подвійної дії, який застосовується при переробці нафти для перетворення нафти на бензин, є дрібнодисперсна платина, нанесена на кислий глинозем. Конверсія таких складових нафти, як метилциклопентан (МЦП), у бензол підвищує октанове число бензину. Спочатку МЦП дегідрується на платинової частини каталізатора в олефін з тим же вуглецевим кістяком; потім олефін переходить на кислотну частину каталізатора, де ізомеризується до циклогексену. Останній переходить на платинову частину та дегідрується до бензолу та водню.

Каталізатори подвійної дії суттєво прискорюють риформінг нафти. Їх використовують для ізомеризації нормальних парафінів до ізопарафінів. Останні, що киплять при тих же температурах, що і бензинові фракції, цінні тим, що мають більш високе октанове число порівняно з нерозгалуженими вуглеводнями. Крім того, перетворення н-бутану в ізобутан супроводжується дегідруванням, сприяючи отриманню МТБЕ.

Стереоспецифічна полімеризація.

Важливою віхою історія каталізу стало відкриття каталітичної полімеризації a-олефінів з утворенням стереорегулярних полімерів Каталізатори стереоспецифічної полімеризації були відкриті К.Циглером, коли він намагався пояснити незвичайні властивості одержаних ним полімерів. Інший хімік, Дж.Натта, припустив, що унікальність полімерів Циглера визначається їхньою стереорегулярністю. Експерименти дифракції рентгенівських променів показали, що полімери, отримані з пропілену в присутності каталізаторів Циглера, висококристалічні і дійсно мають стереорегулярну структуру. Для опису таких упорядкованих структур Натта запровадив терміни «ізотактичний» та «синдіотактичний». У разі, коли впорядкованість відсутня, використовується термін «атактичний»:

Стереоспецифічна реакція протікає на поверхні твердих каталізаторів, що містять перехідні метали груп IVA–VIII (такі, як Ti, V, Cr, Zr), що знаходяться в неповністю окисленому стані, і будь-яка сполука, що містить вуглець або водень, який пов'язаний з металом з груп I-III. Класичним прикладом такого каталізатора є осад, що утворюється при взаємодії TiCl 4 і Al(C 2 H 5) 3 гептані, де титан відновлений до тривалентного стану. Ця виключно активна система каталізує полімеризацію пропілену при звичайних температурі та тиску.

Каталітичне окиснення.

Застосування каталізаторів для управління хімізмом процесів окислення має велике наукове та практичне значення. У деяких випадках окислення має бути повним, наприклад, при нейтралізації СО та вуглеводневих забруднень у вихлопних газах автомобілів. Однак частіше потрібно, щоб окислення було неповним, наприклад, у багатьох процесах, що широко застосовуються в промисловості, перетворення вуглеводнів на цінні проміжні продукти, що містять такі функціональні групи, як –СНО, –СООН, –С–СО, –СN. При цьому застосовують як гомогенні, так і гетерогенні каталізатори. Прикладом гомогенного каталізатора є комплекс перехідного металу, що використовується для окислення пара-ксилолу до терефталевої кислоти, ефіри якої є основою виробництва поліефірних волокон.

Каталізатори гетерогенного окиснення.

Ці каталізатори є складними твердими оксидами. Каталітичне окиснення проходить у два етапи. Спочатку кисень оксиду захоплюється адсорбованою на поверхні оксиду молекулою вуглеводню. Вуглеводень при цьому окислюється, а оксид відновлюється. Відновлений оксид взаємодіє з киснем та повертається у вихідний стан. Використовуючи ванадієвий каталізатор, неповним окисленням нафталіну або бутану одержують фталевий ангідрид.

Одержання етилену шляхом дегідродимеризації метану.

Синтез етилену за допомогою дегідродимеризації дозволяє перетворювати природний газ на більш легко транспортуються вуглеводні. Реакцію 2CH 4 + 2O 2 ® C 2 H 4 + 2H 2 O проводять при 850° З використанням різних каталізаторів; найкращі результати отримані з каталізатором Li-MgO. Імовірно, реакція протікає через утворення метильного радикала шляхом відщеплення атома водню від молекули метану. Відщеплення здійснюється неповністю відновленим киснем, наприклад, Про 2 2– . Метильні радикали в газовій фазі рекомбінують з утворенням молекули етану і в ході подальшого дегідрування перетворюються на етилен. Ще один приклад неповного окислення – перетворення метанолу на формальдегід у присутності срібного чи залізомолібденового каталізатора.

Цеоліти.

Цеоліти становлять особливий клас гетерогенних каталізаторів. Це алюмосилікати з упорядкованою стільниковою структурою, розмір осередків якої можна порівняти з розміром багатьох органічних молекул. Їх називають ще молекулярними ситами. Найбільший інтерес становлять цеоліти, пори яких утворені кільцями, що складаються з 8–12 іонів кисню (рис. 2). Іноді пори перекриваються, як у цеоліту ZSМ-5 (рис. 3), який використовується для високоспецифічного перетворення метанолу на вуглеводні бензинової фракції. Бензин містить у значній кількості ароматичні вуглеводні і тому має високе октанове число. У Новій Зеландії, наприклад, за допомогою цієї технології отримують третину всього споживаного бензину. Метанол отримують з метану, що імпортується.

Каталізатори, що становлять групу Y-цеолітів, суттєво підвищують ефективність каталітичного крекінгу завдяки в першу чергу своїм незвичайним кислотним властивостям. Заміна алюмосилікатів цеолітами дозволяє збільшити вихід бензину на понад 20%.

Крім того, цеоліти мають селективність щодо розміру реагуючих молекул. Їх селективність обумовлена ​​розміром пір, якими можуть проходити молекули лише певних розмірів і форми. Це стосується як вихідних речовин, і продуктів реакції. Наприклад, внаслідок стеричних обмежень пара-ксилол утворюється легше, ніж більш об'ємні орто- І мета-ізомери. Останні виявляються «замкненими» у порах цеоліту (рис. 4).

Застосування цеолітів справило справжню революцію в деяких промислових технологіях – депарафінізації газойлю та машинного масла, одержанні хімічних напівпродуктів для виробництва пластмас алкілуванням ароматичних сполук, ізомеризації ксилолу, диспропорціонуванні толуолу та каталітичному крекінгу нафти. Особливо ефективний цеоліт ZSM-5.

Каталізатори та охорона навколишнього середовища.

Застосування каталізаторів зменшення забруднення повітря почалося наприкінці 1940-х років. У 1952 А. Хаген-Сміт встановив, що вуглеводні та оксиди азоту, що входять до складу вихлопних газів, реагують на світла з утворенням оксидантів (зокрема, озону), які мають подразнюючу дію на очі та дають інші небажані ефекти. Приблизно в цей же час Ю.Хоудрі розробив спосіб каталітичного очищення вихлопних газів шляхом окислення CO і вуглеводнів до CO2 і Н2О. , Починаючи з моделей 1975, повинні забезпечуватися каталітичними нейтралізаторами вихлопних газів. Було встановлено норми для складу вихлопних газів. Оскільки сполуки свинцю, що додаються в бензин, отруюють каталізатори, прийнято програму поетапної відмови від них. Зверталася увага і необхідність зниження вмісту оксидів азоту.

Спеціально для автомобільних нейтралізаторів створені каталізатори, в яких активні компоненти нанесені на керамічну підкладку із стільниковою структурою, через комірки якої проходять вихлопні гази. Підкладку покривають тонким шаром оксиду металу, наприклад Al 2 O 3 на який наносять каталізатор - платину, паладій або родій. Вміст оксидів азоту, що утворюються при спалюванні природних палив на теплоелектростанціях, можна зменшити додаванням димових газів малих кількостей аміаку і пропусканням їх через титанованадієвий каталізатор.

Ферменти.

Ферменти – це природні каталізатори, що регулюють біохімічні процеси живої клітині. Вони беруть участь у процесах енергообміну, розщепленні поживних речовин, реакціях біосинтезу. Без них не можуть протікати багато складних органічних реакцій. Ферменти функціонують при звичайних температурі і тиску, мають дуже високу селективність і здатні збільшувати швидкість реакцій на вісім порядків. Незважаючи на ці переваги, лише прибл. 20 із 15 000 відомих ферментів застосовуються в широких масштабах.

Людина тисячоліттями використовувала ферменти при випіканні хліба, одержанні алкогольних напоїв, сиру та оцту. Наразі ферменти застосовуються і в промисловості: при переробці цукру, отриманні синтетичних антибіотиків, амінокислот та білків. Протеолітичні ферменти, що прискорюють процеси гідролізу, додають у детергенти.

За допомогою бактерій Clostridium acetobutylicumХ.Вейцман здійснив ферментативне перетворення крохмалю на ацетон та бутиловий спирт. Цей спосіб одержання ацетону широко використовувався в Англії під час Першої світової війни, а під час Другої світової війни за його допомогою в СРСР виготовляли бутадієновий каучук.

Винятково велику роль відіграло застосування ферментів, які продукуються мікроорганізмами, для синтезу пеніциліну, а також стрептоміцину та вітаміну B 12 .

Етиловий спирт, одержуваний ферментативним шляхом, широко використовують як автомобільне паливо. У Бразилії більше третини з приблизно 10 млн. автомобілів працюють на 96%-му етиловому спирті, що отримується з цукрової тростини, а решта – на суміші бензину та етилового спирту (20%). Добре відпрацьована технологія виробництва палива, що є сумішшю бензину і спирту, в США. У 1987 році з зерен кукурудзи було отримано бл. 4 млрд. л спирту, з них приблизно 3,2 млрд. л було використано як паливо. Різноманітне застосування знаходять і т.зв. іммобілізовані ферменти. Ці ферменти пов'язані з твердим носієм, наприклад, силікагелем, над яким пропускають реагенти. Перевага цього методу полягає в тому, що він забезпечує ефективне контактування субстратів з ферментом, поділ продуктів та збереження ферменту. Один із прикладів промислового використання іммобілізованих ферментів – ізомеризація D-глюкози у фруктозу.

ТЕХНОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ

Сучасні технології неможливо уявити без застосування каталізаторів. Каталітичні реакції можуть протікати при температурах до 650 ° С і тиску 100 атм і більше. Це змушує по-новому вирішувати проблеми, пов'язані з контактуванням між газоподібними та твердими речовинами та з перенесенням частинок каталізатора. Щоб процес був ефективним, при його моделюванні необхідно враховувати кінетичні, термодинамічні та гідродинамічні аспекти. Тут широко використовуються комп'ютерне моделювання, а також нові прилади та методи контролю за технологічними процесами.

У 1960 р. було досягнуто значного прогресу у виробництві аміаку. Застосування активнішого каталізатора дозволило знизити температуру отримання водню при розкладанні водяної пари, завдяки чому вдалося знизити тиск і, отже, зменшити виробничі витрати, наприклад за рахунок застосування більш дешевих відцентрових компресорів. В результаті вартість аміаку впала більш ніж удвічі, відбулося колосальне збільшення його виробництва, а у зв'язку з цим збільшення виробництва харчових продуктів, оскільки аміак – цінне добриво.

Методи.

Дослідження у сфері каталізу проводять із використанням як традиційних, і спеціальних методів. Застосовуються радіоактивні мітки, рентгенівська, інфрачервона та раманівська (КР) спектроскопія, електронно-мікроскопічні методи; проводяться кінетичні виміри, вивчається вплив способів отримання каталізаторів з їхньої активність. Велике значення має визначення площі поверхні каталізатора за методом Брунауера – Еммета – Теллера (метод БЕТ), що ґрунтується на вимірі фізичної адсорбції азоту при різних тисках. Для цього визначають кількість азоту, необхідного для утворення моношару на поверхні каталізатора, і, знаючи діаметр молекули N 2 обчислюють сумарну площу. Крім визначення загальної площі поверхні проводять хемосорбцію різних молекул, що дозволяє оцінити кількість активних центрів та отримати інформацію про їх властивості.

У розпорядженні дослідників є різні способи вивчення структури поверхні каталізаторів на атомному рівні. Унікальну інформацію дозволяє отримати метод EXAFS. Серед спектроскопічних методів дедалі ширше застосовуються УФ-, рентгенівська та оже-фотоелектронна спектроскопія. Великий інтерес представляє мас-спектрометрія вторинних іонів та спектроскопія іонного розсіювання. Для дослідження природи каталітичних комплексів застосовуються виміри ЯМР. Тунельний мікроскоп, що сканує, дозволяє побачити розташування атомів на поверхні каталізатора.

ПЕРСПЕКТИВИ

Масштаби каталітичних процесів у промисловості збільшуються з кожним роком. Дедалі ширше застосування знаходять каталізатори для нейтралізації речовин, що забруднюють довкілля. Зростає роль каталізаторів у виробництві вуглеводнів і кисневмісних синтетичних палив із газу та вугілля. Дуже перспективним є створення паливних елементів для економічного перетворення енергії палива в електричну енергію.

Нові концепції каталізу дозволять отримувати полімерні матеріали та інші продукти, що мають багато цінних властивостей, удосконалити методи отримання енергії, збільшити виробництво харчових продуктів, зокрема шляхом синтезу білків з алканів та аміаку за допомогою мікроорганізмів. Можливо, вдасться розробити генно-інженерні способи одержання ферментів та металоорганічних сполук, що наближаються за своєю каталітичною активністю та селективністю до природних біологічних каталізаторів.

Література:

Гейтс Б.К. Хімія каталітичних процесів. М., 1981
Боресков Г.К. Каталіз. Питання теорії та практики. Новосибірськ, 1987
Ганкін В.Ю., Ганкін Ю.В. Нова загальна теорія каталізу. Л., 1991
Токабе До. Каталізатори та каталітичні процеси. М., 1993

Каталізатор - це пристрій із простою конструкцією, проте його роль досить велика. Внаслідок роботи двигунів внутрішнього згоряння утворюється маса шкідливих речовин, які через вихідний тракт викидаються в атмосферу. Каталітичний перетворювач дозволяє зменшити токсичність вихлопних газів.

Історія створення та впровадження

У 60-х роках урядові органи всіх розвинених країн світу вирішили звернути особливу увагу на викиди із вихлопних труб машин, адже законом забруднення атмосфери автомобілями не регулювалося.

1970 року ухвалили перші стандарти, які пред'явили автозаводам. Вони були вказівки щодо вмісту у вихлопних газах шкідливих речовин. Ці стандарти вимагали, щоб у автомобілях використовувалися перетворювачі, які б нейтралізували шкідливий вплив чадного газу та вуглеводню. 1975 року використання каталізаторів стало обов'язковим.

Нейтралізатори токсичних газів

Щодня на дорогах з'являється все більше машин. Автомобіль є потужним джерелом, що забруднює атмосферу. Особливо наповнене газами повітря у великих містах та мегаполісах.

Постійно видаються нові й нові закони, які мають обмежувати допустимі рівні викиду газів під час роботи ДВС. Виробники автомобілів намагаються відповідати цим нормам, тому постійно удосконалюють паливну та вихлопну системи, а також змінюють конструкцію двигуна.

Трохи про викиди

Щоб зробити кількість викидів в атмосферу якнайменше, сучасні двигуни внутрішнього згоряння постійно і дуже ретельно контролюють паливо, яке в них згоряє. Це потрібно для того, щоб повітряно-паливна суміш була ідеальною. При такому співвідношенні паливо має згоріти разом з усім киснем, що знаходиться у повітрі. Під час руху машини це співвідношення не ідеальне. Іноді суміш бідна, іноді більш збагачена.

Основні забруднювачі

Сьогодні основними забруднювачами повітря вважають азот у газоподібному стані (N2), діоксид вуглецю (CO2), а також водяну пару.

Якщо розглядати по суті, то ці продукти горіння безпечні. Але вчені вважають, що діоксид вуглецю впливає глобальне потепління. В результаті неідеального згоряння палива та повітря виділяється невелика кількість особливо шкідливих газів та речовин. Саме для них і створювалися ці пристрої. До особливо небезпечних речовин можна віднести оксид вуглецю, різні вуглеводні, оксиди азоту.

Принцип роботи каталізаторів

Якщо ви згадаєте шкільний курс хімії, то каталізатор – це спеціальна речовина, яка дозволяє прискорити хімічну реакцію чи стати її причиною. При цьому у продуктах реакцій його не буде. Воно просто бере участь у процесі, проте саме не є реактивом чи продуктом.

У нейтралізаторах або перетворювачах, які встановлені в автомобілях, розрізняють два види каталізаторів. Це відновлюючий та окисний. Обидва виготовлені із кераміки, яка покрита металами. В основному як метали застосовують платину або родій. Ідея тут у створенні такої структури, яка при проходженні вихлопних газів через неї задіює максимальну площу, при цьому кількість речовин, що каталізують, повинна бути мінімальною, оскільки ціна їх досить висока.

У деяких перетворювачах застосовують золото з різними традиційними домішками. Воно здатне підвищити рівень окислення. Це необхідно для того, щоб знизити викиди шкідливих газів.

Види перетворювачів

Багато сучасних випускних і вихлопних систем оснащуються двома видами перетворювачів нейтралізаторів. Тобто, щоб для кожної речовини був свій елемент, який зведе до мінімуму викид.

Відновлюючий каталізатор - це перший етап процесу нейтралізації і перетворення. Тут у складі найчастіше батьківщини, а також платина. Він покликаний нейтралізувати оксид азоту у вихлопних газах. В результаті утворюється кисень та азот.

Окислювальний перетворювач є другим у цьому ланцюжку. Він покликаний знизити кількість незгорілого пального, а також зменшити кількість окису вуглецю. У результаті цього перетворювача утворюється СО2 (вуглекислий газ).

Що стосується конструкцій даних пристроїв, то існують «стільники» та «керамічні намистини». У сучасних автомобілях найпоширеніші стільникові структури.

Каталізатор ВАЗ

У автомобілях АвтоВаз як нейтралізатор використовується керамічна структура, покрита платиною або паладієм. Відновлювальний перетворювач на більшості моделей використовує як нейтралізуючі речовини родій і платину.

Люди особливо люблять ці пристрої. По-перше, ця штука коштує досить дорого, по-друге, у нашій країні через низькоякісне паливо перетворювачі часто виходять з ладу. Хтось замінює їх, а хтось використовує каталізатори-пламегасники.

Пламегасник

Це якийсь замінник для нейтралізатора. Основне завдання, яке перед ним ставиться – це вирівнювання потоку вихлопу. Завдяки ньому робота вихлопної системи стає більш правильною, а також довговічною. За рахунок використання цих конструкцій можна додати машині потужності, і звук двигуна буде рівний.

Основна відмінність у тому, що пламегасник не вміє нейтралізувати шкідливі викиди. Однак, як свідчать вітчизняні норми, вихлоп абсолютно будь-якої іномарки набагато нижчий від допустимих. Сьогодні багато хто у своїх автомобілях змінює каталізатор («Форд Мондео» найчастіше піддається цьому) на полум'ягасники. Вважається, що з цими пристроями двигун краще "дихає".

Влаштування полум'ягасників

Конструкція аналогічна звичайним резонаторам. Тому у європейських країнах такого поняття не існує. Цей вузол називається не інакше як попередній резонатор.

Існують прямоточні пламегасники та пристрої з дифузором. Останнім називають лійку, яка приварена до труби у її середині. Вона примусово заганяє вихлопні гази в полум'ягасник.

Питання заміни каталізаторів

Іноді на вітчизняних автомобілях та й на іномарках з'являється необхідність замінити нейтралізатор. Наприклад, каталізатор 2114-го ВАЗ істотно покращує динаміку машини, а також дозволяє знизити витрату палива.

До необхідності заміни цієї деталі вихлопної системи приходять лише у двох випадках. Вважається, що такий елемент забирає частину потужності авто. Однак збільшити потужність таким чином – вельми сумнівний захід.

У другому випадку деталь вийшла б з ладу. Так буває, якщо часто заправляти машину неякісним паливом. Також це трапляється при деяких несправностях мотора, які призводять до витрати масла та забиття сот. Ремонт каталізатора необхідний, якщо механічні пошкодження на його корпусі. Крім того, перетворювач може стати непридатним у зв'язку з попаданням у вихлопи силікону. Ще заміна потрібна у разі перегріву. Якщо пристрій нагрівся понад 970 градусів, то потрібно однозначно змінювати.

Як перевірити каталізатор?

Якщо ви помітили, що машина до якоїсь швидкості рухається насилу, а потім працює у звичайному режимі, або якщо швидкісні здібності машини поступово знижуються, або ваш мотор не запускається взагалі, то вам загрожує ремонт каталізатора.

Щоб перевірити цю деталь, необхідно провести демонтаж та оглянути її на просвіт. Ще один спосіб – перевірка тиску в системі випуску. Для цього необхідно на місце датчика кисню встановити манометр та зняти показання.

Обманка каталізатора

Ці пристрої покликані нейтралізувати токсичність вихлопних газів автомобіля, а також зробити роботу двигуна тихішою. Іноді нейтралізатор виходить із ладу і йому необхідна заміна. Оскільки коштують ці деталі дорого, то автолюбителі шукають компроміси.

Щоб вирішити проблему з цією деталлю, іноді автолюбителі застосовують так звані емулятори. Існує два види цих пристроїв, один із них механічний, другий - електронний.

Механічна обманка каталізатора є бронзовою або будь-якою іншою металевою деталлю, яка витримує високі температури. Потрібно враховувати, що розмір обманки повинен збігатися із розмірами перетворювача. Там, де емулятор повинен буде фіксуватись, потрібно просвердлити отвори для подачі газів. У порожнині емулятора є крихта з кераміки, яка вкрита каталітичною речовиною.

Електронний пристрій зробити самостійно вже не вийде, проте коштує він значно дешевше ніж штатний каталізатор (ціна тут цілком суттєва).

В автомобільних магазинах пропонують досить технологічні моделі, але це спеціальний емулятор, оснащений мікропроцесором. Він змушує блок керування працювати правильно. Тут жодного обману немає.

Цінове питання

Каталізатор – це важлива частина конструкції безлічі сучасних автомобілів. Основне призначення цього пристрою - нейтралізація шкідливих викидів, що у атмосферу. Ця деталь не може служити вічно, тому рано чи пізно доведеться її міняти.

Сьогодні на автомобільних ринках можна купити каталізатор (ціна становитиме від 4000 рублів і більше) для вітчизняних автомобілів. Наприклад, оригінальна запчастина на машину ВАЗ коштує близько 5160 рублів. Вартість заміни цієї деталі на деяких іномарках може коштувати 2400 рублів або більше, але поміняти цей елемент можна і у власному гаражі, своїми руками. Ця операція не потребує особливих зусиль та наявності спеціальних інструментів.

Отже, ми з'ясували, що таке автомобільний каталізатор, для чого він використовується і яка його вартість. Вибір за вами!

Один з найефективніших впливів на хімічні реакції – це застосування каталізатора. Каталізатори - це речовини, що прискорюють хімічні реакції. Присутність каталізаторів змінює швидкість реакції у тисячі і навіть мільйони разів. Каталізатори беруть активну участь у хімічній реакції, але на відміну від реагентів наприкінці її залишаються незмінними.

- Це речовини, які змінюють швидкість протікання реакції, але самі не витрачаються в ході реакції і не входять до складу кінцевих продуктів.

Важливою характеристикою каталітичної реакції (каталізу) є однорідність або неоднорідність каталізатора та реагуючих речовин. Розрізняють гомогенні та гетерогенні каталітичні процеси. При гомогенному (однорідному) каталізі між речовинами, що реагують, і каталізатором відсутня поверхня розділу. У разі каталіз здійснюється через освіту нестійких проміжних продуктів.

Наприклад, речовина A повинна вступити в реакцію з речовиною B. Однак для початку реакції необхідне сильне нагрівання, і далі реакція протікає повільно. Тоді підбирають каталізатор з таким розрахунком, щоб він з речовиною A утворив активну проміжну сполуку, здатну потім енергійно реагувати з речовиною B:

A+ Кат. = A ∙ Кат.
A ∙ Кат. + B = AB ∙ Кат.
Кат.
A + B = AB

Процеси, в яких каталізатор і речовини, що каталізуються, знаходяться в різних агрегатних станах, відносяться до гетерогенного (неоднорідного) каталізу. При адсорбції поверхні каталізатора газоподібних чи рідких реагентів послаблюються хімічні зв'язку, зростає здатність цих речовин до взаємодії.

Прискорююча дія каталізатора полягає у зниженні енергії активації основної реакції. Кожен із проміжних процесів за участю каталізатора протікає з меншою енергією активації, ніж реакція, що не каталізується. Каталіз відкриває інший шлях протікання хімічної реакції від вихідних речовин до продуктів реакції.

Досвід свідчить, що каталізатори суворо специфічні конкретних реакцій. Наприклад, у реакції:

N 2 +3H 2 = Fe 2NH 3

Каталізатором є металеве залізо, а реакції окислення оксиду сірки(IV) в оксид сірки(VI) каталізатор – оксид ванадію(V) V 2 O 5 . Часто як каталізаторів використовують платину, нікель, паладій, оксид алюмінію. Для прискорення процесу розкладання пероксиду водню як каталізатор застосовують оксид марганцю(IV). Якщо до склянки з розчином пероксиду водню додати трохи оксиду марганцю(IV), відразу відбувається бурхливе спінювання рідини внаслідок виділення кисню.

Каталізатором реакції взаємодії алюмінію та йоду є звичайна вода. Якщо до суміші алюмінію та йоду прилити воду, то речовини у суміші бурхливо реагують.

Існують речовини, які здатні уповільнювати хімічну реакцію – здійснювати так званий негативний каталіз. Їх називають інгібіторами. Такі речовини застосовують при необхідності уповільнити деякі процеси, наприклад, корозію металів, окислення сульфідів при зберіганні та ін.