Катализаторы какие бывают: Устройство автомобильного катализатора (каталитического нейтрализатора отработавших газов)

Удаление и отключение катализатора автомобиля на Васильевском острове СПб

Как уже было сказано выше — катализатор является устройством, для уменьшения вредных выбросов в атмосферу. Так же катализатор является определённым препятствием на пути выхлопных газов. В целом, двигателю вашего автомобиля абсолютно без разницы — установлен катализатор, или нет.

Обратная ситуация, как ни странно, сулит положительными, а не отрицательными изменениями. При отсутствии катализатора двигатель наоборот улучшит свои характеристики (мощность, стабильность работы, расход).

И сразу же возникает вопрос — почему вышедший из строя катализатор приводит к тому, что двигатель начинает вести себя ненормально (троит, загорается CHECK ENGINE, теряет тягу, вообще не запускается)?

Ответ прост — изношенный катализатор чаще всего просто оплавляется или забивается, мешая свободному выходу выхлопных газов. Это приводит к тому, что часть газов обратно возвращается в камеру сгорания, горючая смесь становится более бедной и двигатель теряет мощность. Простыми словами — двигатель душит сам себя, если катализатор забился.

Если же катализатор не забит и не оплавлен, а CHECK ENGINE горит, то это свидетельствует о том, что напыление на сотах выработано и катализатор просто не выполняет свою главную функцию — очистку выхлопных газов. В катализаторе установлены два датчика (лямбда-зонда) — один на входе выхлопных газов, другой на выходе. Оба регистрируют наличие вредных соединений. На входе их больше, на выходе должно быть меньше. Если значения выравниваются, то срабатывает сигнал о том, что катализатор не работает.

Отметим, что в данном случае некоторые автомобили вообще могут не завестись без катализатора или при его выходе из строя (в автомобилях, которые выпускаются для стран с жёстким экологическим законодательством).

В целом — удаление катализатора НЕ НЕСЁТ никаких проблем для автомобиля. Напротив — убирая его, вы просто убираете лишнее препятствие для выхлопных газов, уменьшаете расходы на замену дорогого катализатора и увеличиваете мощность двигателя.

Чтобы лучше понять, какие проблемы может принести расплавившийся катализатор и каким препятствием для выхлопных газов он может стать, посмотрите на фотографии:

Частным клиентам — Novitera

 

Наша компания поможет Вам заработать. Принесите в наши скупочные пункты старые, залежавшиеся, вышедшие из строя, неиспользуемые автомобильные части, электронику, драгоценные металлы, цветные и другие металлы и их сплавы, и мы предложим за них самую лучшую цену.

 

 

У частных лиц ЗАО «Новитера» скупает следующие виды отходов:

• Катализаторы

• Отходы электрического и электронного оборудования (ОЭЭО)

• Лом драгоценных металлов, их сплавов и смесей

• Лом цветных и других металлов, их сплавов и смесей

 

 

Отходы, отличающиеся наивысшей денежной ценностью:

 

 

1. Катализаторы. Это часть выхлопной системы автомобиля, назначение которой – снизить количество вредных частиц в выхлопных газах. В корпусе катализатора установлен пористый блок, покрытый катализным слоем. Чаще всего катализный слой состоит из платины (Pt), палладия (Pd) и родия (Rh). Катализный слой ускоряет химические реакции, благодаря которым вредные газы в катализаторе нейтрализуются. Катализаторы бывают металлические и керамические. Последние более распространены, однако их основной недостаток – хрупкость, от ударов они могут треснуть, раскрошиться. Катализаторы изнашиваются также вследствие некачественного топлива, попадающего в камеру сгорания топлива, слишком жирной топливной смеси, пыли. В результате серьезных повреждений катализатора, уменьшается мощность автомобиля, увеличивается расход топлива, в таком случае изношенный катализатор необходимо заменить новым. А старый катализатор можно выгодно продать. 500 лит/ 145

€ – столько может стоить один килограмм катализатора Вашего автомобиля.

Не знаете, где и как заменить старый катализатор на новый? На территории нашей компании выполняем диагностику и ремонт катализаторов. При помощи оборудования профессиональной исследовательской лаборатории мы определяем химический состав катализатора, точно указываем его стоимость.

Подробнее о катализаторах и ценах скупки можно узнать здесь.

 

 

2. Отходы электрического и электронного оборудования. Старые, вышедшие из строя электрические приборы или компьютеры, различные детали электроники могут иметь большую ценность. В их состав часто входят драгоценные (золото, серебро, платина) и цветные металлы (медь, никель, алюминий, кобальт, вольфрам), иногда трудно видимые невооруженным глазом. Различные микросхемы, конденсаторы, реле, пластины мобильных телефонов, процессоры, жесткие диски – все это мы скупаем, сортируем и перерабатываем. Полученный металл в дальнейшем успешно используется в промышленности. Не забудьте – ненужное, непригодное для использования электрическое и электронное оборудование нельзя выбрасывать в обычные контейнеры для бытовых отходов! Принесите в скупочный пункт остатки старой электроники, и наши квалифицированные специалисты предложат Вам наилучшие условия скупки.

Подробнее о скупаемых нами отходах электрического и электронного оборудования и ценах на них можно узнать здесь.

 

 

3. Лом драгоценных металлов, их сплавов и смесей. Наиболее известные драгоценные металлы – золото, серебро, платина; реже встречаются металлы группы платины: родий, рутений, палладий, осмий, иридий. Лом драгоценных металлов, это изделия, содержащие драгоценные металлы, полуфабрикаты различного назначения, уже непригодные для использования по прямому назначению, а также различного рода сплавы, сырье, химические соединения. Драгоценные металлы устойчивы к коррозии и оксидации, даже если они находятся во влажной среде. Их финансовая ценность особо высока. Чаще всего они используются в ювелирном искусстве – даже 52 %. 40 % драгоценных металлов используется для инвестиций, 10 % – в промышленности.

Если у Вас есть старые, залежавшиеся, ненужные ювелирные изделия, серебряные контакты (используемые в электрооборудовании), столовые приборы, посуда или другие изделия из драгоценных металлов различного назначения – принесите их нам и получите достойное вознаграждение.

Подробнее о ценах на скупку драгоценных металлов, их сплавов и смесей можно узнать здесь.

 

 

4. Лом цветных и других металлов, их сплавов и смесей. Это изделия их цветных и других металлов, непригодные для использования по назначению, так как они изношены, сломаны или повреждены, а также отходы, образовавшиеся во время производства или механической обработки цветных и других металлов. Спектр нами скупаемых цветных и других металлов очень широк – от наиболее распространенных в промышленности: алюминия, меди, никеля, цинка, олова, свинца, до более редких и дорогих: титана, ванадия, кобальта, молибдена, галлия, германия, селена, ниобия, индия, теллура, вольфрама, висмута. Большинство из них отличаются антикоррозионными свойствами, твердостью, устойчивостью к воздействию окружающей среды, улучшают качество стальных сплавов; особо широко используются в радиотехнической, компьютерной, авиационной промышленности, медицине, электронике, оптике, ювелирном искусстве.

В состав медных автомобильных проводов, кабелей, литых дисков, радиаторов, зондов и множества других отходов входят цветные и другие металлы. Принесите их в наши скупочные пункты – мы их оценим, исследуем, проконсультируем и купим.

Подробнее о ломе скупаемых цветных металлов и их сплавов можно узнать здесь.

Подробнее о ломе других скупаемых металлов можно узнать здесь.

 

 

Адреса скупок.

 

 

Катализаторы ATIHO | ATIHO

Катализаторы ATIHO

А какую же функцию в выхлопной системе выполняет катализатор?

Катализатор — это совершенно незамысловатое устройство, имеющее при этом великое значение. Ежедневно на дороги выезжают несчетное число автомобилей, и каждое авто — загрязняет воздух. Особенно остро эта проблема ощутима в мегаполисах, где экология особенно сильно страдает от выхлопных газов. В каждой стране существуют свои законы, пытающиеся решить эту проблему, законы, ограничивающие уровень загрязнения воздуха, допустимый каждым индивидуальным транспортным средством. С течением времени автопроизводители значительно улучшили  конструкцию двигателя автомобиля и системы подачи топлива, дабы соответствовать экологическим требованиям. Так вот одно из подобных изменений случилось в 1975 году — было создано устройство, именуемое «каталитический преобразователь» (конвертер) или просто катализатор. Суть работы катализатора — преобразование вредных для экологии отработавших газов значительно менее вредные раньше, чем они окажутся снаружи, покинув выхлопную систему. Современные двигатели сконструированы таким образом, чтобы тщательно контролировать топливо, сжигаемое в процессе работы. При этом вырабатываются вредные вещества, загрязняющие атмосферу. Выбросы эти, по большей части, не особо опасны, хотя, принято считать, что глобальному потеплению способствует углекислый газ, выбрасываемый в числе отработавших газов.

Но, поскольку процесс горения не совершенен, небольшой процент крайне вредных веществ при выбросе существует. Катализаторы ориентированы именно на то, чтобы снизит их уровень. Как же катализатор проводит этот процесс? Суть катализатора — вызов или ускорение химический реакции, не входя в продукт реакции. Так, например, ферменты являются катализатором биохимических реакций для организма человека. Катализаторы бывают двух типов: окислительный и восстанавливающий. Оба — керамическая структура, покрытая металлическим катализатором (обычно это палладий, родий или платина). Идея состоит в том, чтобы структура, подставляющая под поток отработавших газов максимальную площадь самого катализатора, сводила при этом его количество к минимуму, поскольку материалы, используемые для этого весьма недешевы. Восстанавливающий катализатор уменьшает выбросы, используя при этом родий и платину. Окислительный — снижает количество окиси углерода и несгоревшего топлива, при помощи платины и палладия. То есть, катализатор выполняет большую работу: уменьшая загрязнение окружающей среды и повышая эффективность работы выхлопной системы.

Мы являемся производителями. Катализаторы ATIHO также входят в список товаров, производимых нашей компанией.

О современной нефтепереработке, нефтехимии и будущей интеллектуализации производств

Перед какими проблемами стоит российская нефтепереработка?

Сегодня есть три ключевых проблемы. Основной проблемой российской нефтепереработки является низкая глубина переработки углеводородного сырья. Средний мировой уровень – 85–87%. В США, в некоторых регионах глубина переработки достигает 95–98%. В России – 71–73%. Основная задача для России – внедрение новых технологий, которые бы существенным образом увеличили глубину переработки углеводородного сырья.

Что в мировой практике понимается под глубиной переработки?

Если мы принимаем за 100% исходную сырую нефть, которая получена из недр Земли и подготовлена на промыслах, то она на 85% должна быть преобразована в конечные целевые продукты нефтепереработки – высокооктановый бензин, дизельные топлива и т.д. и нефтехимические продукты, например полимеры – полиэтилен, полипропилен, полистирол, каучуки и так далее.

В мировой повестке глубина переработки занимает первое место?

Сегодня, в особенности для России глубина переработки отодвигается на второй план. Ключевой становится проблема качества нефтепродуктов. Россия вступила в ВТО и по ключевым показателям качества, что касается моторных топлив – наши бензины и дизельные топлива не удовлетворяют европейским требованиям. Это в первую очередь касается октанового числа, содержания ароматических углеводородов, содержания серы в дизельных топливах. Эта ключевая проблема, для решения которой необходимо провести технологическое перевооружение промышленности.

Третья проблема – низкий уровень интеллектуализации нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Текущий уровень автоматизации нефтеперерабатывающих производств позволяет операторам следить на мониторах за ходом технологического процесса, отслеживать параметры на датчиках. Но простого представления информации недостаточно. Сегодня необходимо внедрять такие информационные технологии, которые позволяли бы не только управлять технологическим процессом, но и прогнозировать и оптимизировать его.

Прогнозирование необходимо для того, чтобы через день, через неделю, через месяц знать, что будет с технологическим процессом. На 80% все процессы нефтепереработки являются каталитическими и требуют дорогостоящих катализаторов – ключевого компонента любого нефтеперерабатывающего процесса. Катализаторы бывают жидкие, твердые, имеют каждый свой жизненный цикл и требуют замены через определенное время. В особенности твердые катализаторы, которые дезактивируются с течением времени. Большая часть катализаторов изготавливаются на основе драгоценных металлов, например, в процессе каталитического риформинга бензинов используются платино-рениевые системы, имеющие высокую стоимость. Поэтому очень важно, чтобы катализатор прослужил как можно дольше.

На нашей кафедре ведется разработка программного обеспечения для технологических процессов переработки углеводородного сырья, которое обеспечивает прогнозирование процессов с учетом качества исходного сырья и вида катализатора. В зависимости от состава сырья, которое перерабатывается на конкретном предприятии, от специфики технологии, действующий на данном заводе можно прогнозировать цикл жизни катализатора, а самое главное – оптимизировать режимы, чтобы продлить срок его службы. Это позволяет увеличить срок бесперебойной работы промышленной установки.

Кафедра занимается разработкой такого программного обеспечения?

Ключевое направление исследований и разработок нашей кафедры – создание моделирующих систем, позволяющих прогнозировать и оптимизировать технологические режимы промышленных установок. Работы в этом направлении ведутся на кафедре больше 30 лет совместно с крупными нефтеперерабатывающими предприятиями, мощность которых достигает нескольких десятков миллионов тонн – ОАО «Кришинефтеоргсинтез», ОАО «Стрежевской НПЗ», ОАО «РН-Комсомольский НПЗ» и др.

В рамках научной школы «Математическое моделирование на физико-химической основе многокомпонентных промышленных процессов переработки углеводородного сырья», созданной в середине 80-х гг. профессором А.В. Кравцовым, а в настоящее время возглавляемой профессором Э.Д. Иванчиной мы внедряем на крупных нефтеперерабатывающих заводах, производящих высокооктановый бензин, дизельное топливо, полуфабрикаты синтетических моющих средств, моделирующие системы, позволяющие на высоком уровне управлять технологическими процессами – прогнозировать и оптимизировать их. Оптимизация заключается либо в продлении срока службы катализатора, либо в увеличении выхода готовой продукции в единицу времени.

Как обстоит дело с этим направлением в мировой практике?

Сегодня в мире моделирующие системы для нефтеперерабатывающих предприятий разрабатывают ведущие мировые бренды, такие как  PIMS. Многие проектные институты работают на базе HYSYS. Но существующие программные продукты направлены на обеспечение проектирования и моделирование строящихся объектов нефтеперерабатывающего комплекса – разработка технологической схемы, моделирование простых процессов промысловой подготовки сырья (отстаивание, сепарация). Для процессов каталитической переработки углеводородного сырья создать такие системы в разы сложнее. Предлагаемые нами моделирующие системы учитывают сложность процессов нефтепереработки и их физико-химическую сущность. Вторая особенность нашего решения – учет разного состава сырья, что позволяет применять данные программные продукты на разных заводах. Например, башкирская нефть тяжелая, высокосернистая, томская нефть совсем другая. На НПЗ в Башкирии и, например, в Томской области один и тот же катализатор может проявить себя совершенно по-разному. И это необходимо учитывать при перезагрузке каталитических реакторов. Оптимальным решением является первичное тестирование катализатора на моделирующей системе, а затем уже внедрение на производстве.

Насколько современны используемые в России технологии нефтепереработки?

Сегодня в России на ряде крупных заводов проводится существенная модернизация и реконструкция, внедрение технологий, позволяющих увеличить качество и глубину переработки. Проблема в том, что компания добывающего сектора и перерабатывающего принадлежит одному собственнику. Сегодня условия для собственника таковы, что долгосрочное перевооружение невыгодно. Но необходимо отметить, что потенциал повышения глубины переработки сырья и качества продуктов лежит в объединении нефтеперерабатывающего и нефтехимического производств. Но, к сожалению, нефтехимический сектор развивается отдельно. Например, Сибур специализируется только на нефтехимии.

Итак, как сегодня должна выглядеть современная технологическая цепочка, объединяющая нефтепереработку и нефтехимию, для прогнозирования и оптимизации которой необходимо создавать новые моделирующие системы?

Первый передел – разделение пришедшей на завод нефти на фракции – бензиновая фракция, дизельная, керосиновая и т.д.. Второй передел – переработка полученных фракций в каталитических и термических процессах для получения высокооктанового бензина, дизельного топлива, котельного топлива. Далее начинается нефтехимия. Третий передел – получение из бензиновой фракции нефтехимических продуктов пиролиза, например получение полипропилена из полиэтилена, парафинов из дизельной фракции и т.д. Четвертый передел – получение термореактивных полимеров, например, – новых материалов, обладающих уникальными свойствами по прочности, термической стойкости.

В чем будущее таких моделирующих систем? В чем стратегическая перспектива развития этого направления?

Не секрет, что сегодня технолог, работающий на производстве, оттачивает режимы эксплуатации методом проб, ошибок и, исходя из своего опыта, интуиции сформировал свою практику поддержки оптимального технологического процесса. В этой ситуации производство очень сильно зависит от конкретного технолога. А наша моделирующая система позволяет четко понимать, что будет с технологическим процессом при определенном сырье и катализаторах через неделю, месяц, год и предлагает допустимые изменения режима.

Эксплуатация промышленных установок в будущем должна осуществляться с использованием интеллектуальных систем – процесс управления должен строиться с элементами искусственного интеллекта. Таким образом, наша разработка является частью мирового тренда интеллектуализации производства. А пока мы создаем продукт, на который может опираться любой технолог нефтеперерабатывающего производства. Разработка и адаптация моделирующей системы это многоэтапный и многолетний труд коллектива. Сегодня мы предлагаем предприятиям не только программный продукт, но и сопровождение на всем жизненном цикле – мониторинг работы промышленных установок, аналитическое сопровождение, прогнозные расчеты, рекомендации по оптимизации. Для работы с предприятиями кафедра недавно создала малое инновационное предприятие «Интеллектуальная нефтепереработка».

Автор фото: Глеб Листвин

Катализ отрицательный — Справочник химика 21

    Общие понятия и определения. Явление катализа можно определить как зависимость скорости реакций от присутствия веществ — катализаторов, которые на отдельных стадиях химического процесса вступают во взаимодействие с реагирующими молекулами и резко изменяют скорость реакции, оставаясь в химически неизмененном виде. Катализатором реакции является вещество — атомы, молекулы, ионы или поверхности раздела фаз, которое взаимодействует с молекулами реагирующих веществ, изменяет скорость химической реакции и выделяется на последующих стадиях в химически неизмененном виде. Большое практическое и теоретическое значение имеют катализаторы, повышающие скорости химических реакций. Иногда нх назьшают положительными катализаторами. Катализаторы, понижающие скорость химической реакции, называют отрицательными катализаторами. Все каталитические процессы с учетом их специфичности можно разбить на три группы. [c.616]
    Катализ. Катализом называется изменение скорости химической реакции в присутствии веществ — катализаторов. Если скорость реакции в присутствии катализатора возрастает, то катализ называют положительным или просто катализом, а катализаторы — положительными. Известны также вещества, которые замедляют (тормозят) скорость химических реакций. Эти вещества называют отрицательными катализаторами или ингибиторами, а катализ отрицательным. [c.83]

    Различают положительный и отрицательный катализ. Если катализатор ускоряет реакцию, такое химическое явление называется положительным катализом или просто катализом. Отрицательным катализом называется явление уменьшения скорости протека-. ния химических процессов под действием специальных веществ — ингибиторов. Основное значение в химической технологии имеет положительный катализ. [c.218]

    Химическое явление, при котором катализатор ускоряет реакцию, носит название положительного катализа или просто катализа). Отрицательным катализом называют химические процессы, скорость протекания которых замедляется (тормозится) под действием специальных веществ — ингибиторов. В химической технологии основное значение имеет положительный катализ. [c.463]

    Катализатором называется вещество, в присутствии которого течение химической реакции значительно ускоряется, а в некоторых случаях замедляется (отрицательный катализ). [c.44]

    Катализ делится на положительный и отрицательный. Отрицательный катализ — это уменьшение скорости химических реакций под действием некоторых веществ — отрицательных катализаторов. Если нет специальной оговорки, то положительный катализ называют просто катализом. Отрицательные катализаторы следует отличать от ядов. [c.327]

    На рис. 1У.6. изображены кривые, иллюстрирующие зависимость константы скорости реакции от pH и температуры. Из этих кривых видно, что константа скорости реакции элиминирования особенно быстро растет в области pH, близкой к названным выше значениям перехода общего катализа в специфический. С повышением температуры эти точки по оси абсцисс сближаются. Расчет эффективных энергий и энтропии активации показал, что они сильно зависят от pH, причем при pH специфического кислотного катализа, отрицательная энтропия активации скачкообразно увеличивается, принимая положительное значение. [c.152]

    Совершенно естественно, что аналогичный эффект должен наблюдаться и при реакциях водородного обмена, причем заранее можно предвидеть, что в случае щелочного катализа отрицательный заряд субстрата будет [c.227]

    Катализ называют положительным, если скорость реакции увеличивается. Отрицательный катализ означает уменьшение скорости химического превращения вследствие действия катализатора он связан, как правило, с замедленным превращением в продукт промежуточного химического соединения. [c.19]

    Скорость каталитической реакции может быть болыие или меньше скорости некаталитической, т. е. катализатор, входящий в состав активного комплекса, может или ускорять реакцию положительным катализ, или замедлять ее — отрицательный [c.273]

    Некоторые добавки вызывают отрицательный катализ в области автоокисления масел. Наиболее эффективными антиокислителями являются фенольные и аминные группы, а также некоторые сернистые соединения. Роль ингибиторов играют асфальтово-смолистые вещества ароматического происхождения. Асфальтово-смолистые вещества из нафтеновых или парафиновых углеводородов стабилизирующей способностью не обладают или обладают в очень малой степени. Сильные ингибиторы — асфальтово-смолистые вещества ароматического происхождения, содержащие фенолы [124]. [c.68]

    В цепных реакциях очень распространено явление отрицательного катализа веществами, соединяющимися с активными переносчиками реакции и вызывающими обрыв цепей. Например, при распаде углеводородов активными частицами являются радикалы вроде метила СН3-, которые могут реагировать с окисью азота по уравнению [c.204]

    Действие катализатора на химическую реакцию. Положительным катализом называют ускорение реакции, отрицательным катализом — замедление реакции. [c.75]

    Отрицательный катализ называют также ингибированием, а отрицательные катализаторы — ингибиторами. — Прим. ред. [c.75]

    Отрицательный катализ встречается, например, в цепных реакциях, когда катализатор вступает в промежуточное взаимодействие с активными частицами, что приводит к обрыву цепей. Замедление реакций Б присутствии некоторых веществ часто не связано с катализом. Например, при замедлении химического растворения металлов в присутствии поверхностно-активных веществ проявляется защитное действие адсорбционной пленки этого вещества. [c.405]

    Каталитическая активность может быть положительной и отрицательной в соответствии с положительным и отрицательным катализом. Часто второй член Шв(1—ф) в уравнении формулы (IX, 1) настолько мал по сравнению с первым, что им можно пренебречь. Поэтому [c.407]

    Если добавка катализатора действует на процесс ускоряюще, то явление называют положительным катализом, при замедлении (торможении) реакции—отрицательным катализом. Большинство каталитических реакций протекает с ускорением, и лишь в последние годы повысилось значение реакций торможения. К реакциям торможения относятся, например, стабилизация раствора формальдегида добавками метанола, стабилизация хлороформа добавками [c.21]

    Для катализа не требуется присутствия на поверхности из-мери.мого количества хемосорбированных атомов, однако существенно, чтобы теплота хемосорбции реагирующих вешеств была достаточно мала или даже отрицательна. [c.168]

    Что такое положительный и отрицательный катализ  [c.57]

    Соответственно этой двойной функции автор предлагает ввести двойное обозначение дефектный катализ — для заторможенного, антикатализ — для тормозящего положительного катализа. Отрицательные катализаторы дефектного катализа называются стабилизаторами, антикатализа — ингибиторами. [c.376]

    Различают положительный катализ — увеличение скорости резь ции под влиянием катализатора — и отрицательный катализ, при]юдящий к уменьшению скорости химического превращения. При положительном катализе промежуточное взаимодействие реагирующих веществ с катализатором открывает новый, энергети — чес(высотой энергетического бар ,сра), по сравнению стермолизом, реакционный путь (маршрут). При отрицательном катализе, наоборот, подавляется (ингибируется) быс трая и энергетически более ле1кая стадия химического взаимо — действия. Следует отметить, что под термином «катализ» подразумевают преимущественно только положительный катализ. [c.79]

    Катализаторы бывают положительные и отрицательные первые увеличивают скорость реакции, вторые уменьшают ее. Катализаторы для той или иной реакции подбирают главным образом экспериментальным путем. Иа скорость реакции сильное влияние оказывает природа самого катализатора, его структура, всевозможные добавки к нему (активаторы) и т. д., т. е. сам катализатор обусловливает очень многие факторы, ускоряющие или замедляющие данную реакцию. Кроме того, состав реагирурощих веществ, посторонние примеси в них и т. п. также сильно влияют на каталитическую способность данного катализатора. Несмотря на то, что за последние годы в области катализа достигнуты значительные успехи, современные теоретические представления о катализе в настоящее время еще не являются основой для создания общей методики техно-химических расчетов каталитических процессов промышленных установок. [c.230]

    Изменения катализатора при воздействии реакционной смеси и каталитической реакции приводят к дополнительному уменьшению свободной энергии и увеличению энтропии системы в целом, В то же время энтропия собственно катализатора (подсистемы) уменьшается, а свободная энергия возрастает. Это положение становится очевидным уже из того, что, в рассмотренной системе при исключении катализа должен пойти самопроизвольный процесс К Кт. Другими словами, катализатор в таких системах играет роль своеобразной энергетической ловушки, в которой накапливается также отрицательная энтропия . Здесь просматривается интересная аналогия с биологическими системами, неотъемлемая функция которых — порождение отрицательной энтропии и свободной энергии за счет протекающих в организме процессов переработки питательных веществ [79]. Можно сказать, что в каталитических системах существует механизм молекулярной селекции, обусловленной устойчивостью различных активных состояний. Цапомним, что устойчивость активного состояния (соединения) в каталитической реакции тем выше, чем больше оно удалено от равновесного и чем больше, следовательно, его запас свободной энергии и отрицательной энтропии [80]. [c.303]

    Наиболее отрицательное влияние на точность анализа может оказать реакция гидрогенолиза циклопентановых угловодородов в процессе дегидрогенизационного катализа циклопеитановые углеводороды, подвергаясь гидрогенолизу, превращаются в алкил-замещенные бензолы. Напри.мер, 7 -бутилциклопентан об азует смесь пропилбензола и метилэтилбензола [1]  [c.241]

    Катализатор —это вещество, которое или резко меняет скорость реакции, или вызывает ее, если она не идет, но принципиально осуществима, т. е. ДбсО. Так, смесь алюминия и иода при комнатной температуре не обнаруживает заметных признаков взаимодействия, но достаточно капли воды, чтобы вызвать бурную реакцию [(ДС298)а11, = =—75 ктл1моль. Таково действие положительного катализатора. Реже приходится иметь дело с отрицательным катализатором, т. е. с замедлением процесса, и с явлением автокатализа, когда катализатором служит один из продуктов реакции. Мы будем рассматривать положительный катализ. Огромное практическое значение катализаторов обусловлено возможностью быстро, без затраты энергии получать в больших количествах самые разнообразные вещества. [c.118]

    Наряду с гомогенно-каталитическими реакциями, в которых катализатор служит ускоряющим агентом (положительный катализ), известно большое число реакций, замедляемых примесями. Такие примеси называются отрицательными катализаторами или ингибиторами. Примером отрицательного катализатора может служить кислород, замедляющий реакцию Иг + С1г = = 2НС1 (см. [11]). В этих и подобных случаях причиг[а замедляющего действия ингибитора заключается в его взаимодействии с активными промежуточными веществами. [c.18]

    Большое значение для окисления имеет также соотношение углеводородов разных классов, входящих в состав масел. Например, замечено, что присутствие определенного количества ароматических углеводородов в смеси парафинов и нафтенов приводит к автозамедлению процесса окисления за счет образования фенольных соединений из ароматических углеводородов. Вероятно, при этом конкурируют в основном два явления. Нафтеновые и парафиновые углеводороды превращаются в вещества, катализирующие окисление в результате происходят автокаталитические процессы. Ароматические углеводороды, наоборот, при окислении образуют вещества, стремящиеся задержать окисление нафтенов и парафинов, т. е. ароматические углеводороды приводят к замедлению окисления. Таким образом, автозамедление есть отрицательный катализ при помощи продуктов окисления, изменяющих ход реакции и уменьшающих скорость окисления. [c.15]

    Соотношение, связываюшее минимальное давление с температурой самовоспламенения, было подтверждено многочис-лениыми экспериментами и оказалось ненным при изучении кинетики процессов горения, а также в пожарной профплак-т 1ке. Вместе с тем тепловая теория самовоспламенения не в состоянии объяснить ряда особенностей, наблюдаемых нри горении положительный или отрицательный катализ при введении в реагирующую систему малых примесей отдельных ве-и еств, пределы воспламенения в зависимости от давления и др. Эти особе1П10сти объясняет теория ценных реакций. [c.126]

    Катализом называется изменение скорости химических реакций при воздействии веществ-катализаторов, которые участвуя в процессе, остаются после его окончания химически неизменными. Катализ называется положительным, если- катализатор ускоряет реакцию и отрицательным при снижении скорбсти ее. В данной книге рассматривается, в основном, положительный гетерогенный катализ в газовой среде на твердых катализаторах. [c.61]

    Цепная теория является логическим развитием рассмотренных выше классических теорий окисления. Ни одна из этих теорий не в состоянии объяснить некоторые характерные особенности автоокисления углеводородов, например существование индукционного периода, предшествующего видимой реакции, резкое действие иногда ничтожных количеств тех пли иных примесей на скорость процесса, аналогичное влияние стенок сосуда, явлэния отрицательного катализа ири окислении и т. д. Истолкование этих фактов может быть проведено [c.349]

    У ионов М+ и Р (например, N3+ и С1 ) имеются замкнутые восьмиэлектронные оболочки и отсутствуют свободные неспаренные (валентные) электроны. У электроне аожительного атома имеется валентный электрон — свободная положительная валентность (п-связь). У электроотрицательного атома отсутствует один электрон в восьмиэлектронной оболочке, что равнозначно появлению эфг )ективного положительного заряда (дырке) или отрицательной свободной валентности (р-связь). Для катализа имеет значение появление таких свободных валентностей на поверхности твердого тела  [c.453]

    Опыты проводились с одним и тем же катализатором. Как видно из кривых рис. 4 и 5, достаточно трехсекундного контакта газа с катализатором, чтобы при 600 добиться максималыю] о выхода олефинов. Побочные реакции проявляются незначительно. Если сравнить выходы олефинов, которых можно практически достигнуть, с выходами, которых можно было бы ожидать, основываясь па расчете равновесных концентраций, то окажется, что первые всегда значительно ниже вторых. Увеличение времени контакта газа с катализатором не только не приводит к увеличению выхода, но даже оказывает отрицательное влияние. Это объясняется тем, что с увеличением времени пребывания газа в зоне катализа начинают преобладать побочные реакции, которые идут медленнее дегидрирования. Полное исключение по бочных реакций, особенно в производственных условиях, невозможно. Эти реакции вызываются процессами, протекающими но на поверхности контакта, а в промежутках между шариками или таблетками катализатора при этом образуются низкомолекулярные осколки в результате чисто термических преобразований (крекинг, деструктивное дегидриропание и т. д.). [c.57]

    Если ири нуклеофильном катализе происходит подача электронов от катализатора к субстрату, то при электрофильном катализе происходит оттягивание электронов, или перенос электронной плотности, от субстрата к катализатору. Ионы металлов — отличные электрофильные катализаторы. Электрофильный катализ особенно существен для химии фосфатов, поскольку отрицательные заряды атомов фосфора стремятся оттолкнуть нуклеофилы. Например, синтез 3, 5 -гуанозинциклофосфата (сОМР, разд. 3.4.2) из гуанозинтрифосфата заметно ускоряется в присутствии двухзарядиых катионов металлов (например, Mg2+, Мп2+, Ва2+, 2п=+, Са2+). [c.195]

    Хотя эти отрицательные результаты несколько разочаровывают (что часто бывает при нсиользовании модельных соединений), они тем не мепее позволяют предположить, что реакционная способность отдельного субстрата, видимо, определяется в основном конфигурацией расщепляемой связи относительно общей формы молекулы субстрата и решающий фактор для катализа — ориентация расщепляемой связи. [c.238]

    Для того чтобы мог иметь. место катализ, теплота хе.мосорб-цни должна иметь малую величину. В некоторых случаях она бывает даже отрицательной. Мы уже отмечали, что эндотер.мн-ческая Хемосорбция может играть важную роль (разделы V, 9, VI, 3, 4, 5 и X, 4). Рис. 40 показывает, что эндотермическая хемо-сс рбция нромотируется поверхностными примесями. Растворение атомов водорода в никеле, так же как и в железе, происходит с поглощением тепла. Весьма воз.можно, что растворенные атомы водорода из металлической фазы реагируют с хемосорбированными углеводородами. [c.168]

    Из уравнения (2.21) видно, что термодинамически эффективность ферментативного катализа определяется разницей свободных энергий межмолекулярного (при образовании комплекса Михаэлиса) и внутримолекулярного (в переходном состоянии реакции) образования связи Е-Я. Следовательно, в количественном отношении кинетическая роль комплексообразования Е Н в ускорении ферментативной реакции представляется несколько иной, чем в кинетическом режиме второго порядка (уравнение 2.19). Однако и здесь движущей силой катализа остается свободная энергия взаимодействия Е-Н именно в переходном состоянии реакции (а не в промежуточном комплексе). Действительно, чем более термодинамически выгодным будет внутримолекулярное взаимодействие Е-К в активированном состоянии (чем более отрицательные значения примет величина АОз внутр). тем более благоприятным должно быть отношение VI/ии для ферментативной реакции [см. (2.21)]. Это связано с тем (см. рис. 12), что барьер свободной энергии активации ферментативной реакции (ДО/. внутр) в этом случае уменьшается (по сравнению с ДОи) и, следовательно, скорость процесса [уравнение (2.20)] возрастает. Наоборот, при заданном значении ДО .ппутр термодинамически более благоприятное взаимодействиеЕ -Н в исходном состоянии реакции (фермент-субстратный комплекс ХЕ-КУ) будет тормозить ее протекание. Так, более отрицательные значения Д(3 приводят к неблагоприятным значениям VI /иц в отношении ферментативного процесса [уравнение (2.21)]. Это связано с тем, что активационный барьер Д01% утр (см. рис. 12), определяющий скорость превращения фермент-субстратного комплекса [уравнение (2.20)], при этом возрастает. [c.41]

---

Физическая химия (1987) — [ c.520 ]

Физическая и коллоидная химия (1988) — [ c.103 ]

Краткий курс физической химии Изд5 (1978) — [ c.485 ]

Учебник физической химии (1952) — [ c.335 , c.344 ]

Курс химии Часть 1 (1972) — [ c.163 ]

Аккумулятор знаний по химии (1977) — [ c.75 ]

Основы физической и коллоидной химии Издание 3 (1964) — [ c.298 ]

Основы химической термодинамики и кинетики химических реакций (1981) — [ c.201 ]

Химическая кинетика и катализ 1974 (1974) — [ c.345 ]

Химическая кинетика и катализ 1985 (1985) — [ c.372 ]

Лабораторные работы по неорганической химии (1948) — [ c.129 ]

Курс физической химии Том 2 Издание 2 (1973) — [ c.192 , c.257 ]

Физическая и коллоидная химия (1954) — [ c.61 ]

Физическая и коллоидная химия (1964) — [ c.126 ]

Учебник физической химии (0) — [ c.374 , c.383 ]

Общая химическая технология Том 1 (1953) — [ c.72 , c.74 ]

Краткий курс физической химии Издание 3 (1963) — [ c.4 ]

Курс физической химии Издание 3 (1975) — [ c.667 ]

Основы общей химии Т 1 (1965) — [ c.345 ]

Основы общей химии Том 2 Издание 3 (1973) — [ c.333 ]

Современные теоретические основы органической химии (1978) — [ c.188 ]

Современные теоретические основы органической химии (1978) — [ c.188 ]

Основы общей химии том №1 (1965) — [ c.345 ]

---

Катализаторы, 8 класс

МБОУ лицей № 35 г. Ставрополя

План-конспект урока

Катализаторы

Химия – 8 (предпрофильный уровень)

Программа О.С. Габриеляна.

Разработан учителем химии

высшей категории

МБОУ лицея № 35

г. Ставрополя

Павлищевой А.Ю.

Тема урока: Катализаторы.

Место урока в курсе «Неорганическая химия» 8 класс: данная тема может рассматриваться при изучении темы «Изменения, происходящие с веществами».

Тип урока: комбинированный (изучение нового учебного материала, закрепление).

Цели урока по содержанию:

Образовательные —

• сформировать понятия учащихся сформировать понятие о катализаторах и катализе.

• закрепить знания о скорости химических реакций

• закрепить представления о типах химических реакций;

• научить использовать приобретённые знания для объяснения явлений окружающей среды;

Развивающие —

• Развить умения проведения химического эксперимента с соблюдением правил техники безопасности;

• создание условий для развития умения самостоятельно приобретать знания, используя различные источники информации;

• формирование опыта творческой деятельности;

• развитие способности эффективно использовать знаковые системы, приемы наблюдения, сравнения; определения выводов и представления результатов аналитической работы

• Продолжить формирование умений наблюдать за явлениями и делать выводы;

Воспитательные –

• формирование социальной активности учащихся через установление межпредметных связей химии с биологией, медициной;

• воспитание опыта делового общения.

Методы обучения: репродуктивный, исследовательский, частично-поисковый, использование компьютерных технологий.

Формы организации познавательной деятельности: фронтальная, индивидуальная, групповая.

Оборудование и реактивы:

• АРМ, презентация

• Оборудование для лабораторных опытов: 3% Н₂О₂, MnO₂., кусочки вареной и сырой моркови, лучинка, спиртовка, пробирки.

Ход урока.

1.Ориентировочно-мотивационный этап.

Учитель: На сегодняшнем занятии мы с вами продолжим изучение химических реакций.

-Что называется скоростью химической реакции?

Ученик: Скорость химической реакции – это изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

Учитель: Какие факторы влияют на скорость химической реакции?

Ученик: Природа реагирующих веществ, концентрация веществ, площадь соприкосновения реагирующих веществ, температура и др.

Слайд 1. Учитель: Сегодня мы рассмотрим еще один влияющий фактор на скорость химической реакции — катализатор. Познакомимся с веществами катализаторами, явлением катализа, биологическими катализаторами.

2. Операционно-исполнительский этап.

Слайд 2. Учитель: Запишите в тетради тему нашего урока: Катализ и катализаторы.

Слайд 3. Для выяснения действия катализатора на скорость химической реакции проведем эксперимент. Но прежде повторим правила техники безопасности при работе с веществами. Какие правила необходимо соблюдать?

Ученик: При работе с веществами необходимо соблюдать осторожность. Для работы брать небольшие порции веществ. Руками брать вещества нельзя. Для нагревания веществ в пробирке её закрепляют в держателе. Прогревают сначала всю пробирку, затем ту часть, где находятся вещества, постоянно двигая рукой. Отверстие пробирки держать в сторону от себя и от работающих рядом товарищей.

Учитель: Исследуем реакцию разложения пероксида водорода Н₂О₂ без катализатора и в его присутствии. При выполнении работы используйте инструкцию на слайде.

Что вы заметили в результате работы?

Ученик: При наличии катализатора в реакции_, кислорода выделяется больше, тлеющая лучинка, которой определяем кислород, загорается.

Слайд 4. Учитель: Проверьте свои выводы по слайду.

Учитель: Уравнение реакции составьте самостоятельно и после проверки выставьте балл на полях, если выполнили правильно.

2Н₂О₂= 2Н₂О +О₂ (проверка по слайду)

Слайд 5. Учитель: с помощью слайда дайте понятия катализатора и катализа.

Ученик: Катализаторы- вещества, изменяющие скорость химической реакции или ее направление, но остающиеся в конечном итоге неизменными.

Катализ – изменение скорости реакции при наличии катализатора.

Учитель: Таким образом, MnO₂ ускоряет реакцию. Разложение Н₂О₂ может происходить и без катализатора, но гораздо медленнее.

Слайд 6. Учитель: Обратите внимание на слова Борескова Г.К. о катализаторах. В настоящее время действительно науке известно стало гораздо больше о данных веществах.

Слайд 7. Учитель: Многие реакции неосуществимы без катализаторов. Например:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

2SO₂+O₂=2SO₃

2KClO₃=2KCl +3O₂

Самостоятельно расставьте коэффициенты в уравнениях реакций и определите тип химических реакций.

Слайд 8. Учитель: Проверьте работу с помощью слайда. После проверки- за каждое правильно выполненное уравнение один балл на полях.

Слайд 9. Учитель: Катализаторы способны менять направление реакции. Окисление аммиака без катализатора ведет к образованию азота, применение катализатора изменяет направление химической реакции и ведет к образованию оксида азота:

2NH₃+3O₂=2N₂ +6H₂O

Pt

4NH₃+5O₂=4NO +6H₂O

Слайд 10, 11 Учитель: Вернемся к уравнению реакции разложения пероксида водорода. Дело в том, что Н₂О₂ нестойкое вещество, но очень необходимое в научных исследованиях, на производстве, в быту. Встает вопрос, как сделать это вещество более устойчивым. Оказывается, есть вещества, замедляющие скорость химической реакции. Они являются также катализаторами, т.е. веществами, изменяющими скорость реакции. Вещества имеют свое название – ингибиторы. Эти вещества и добавляют в перекись водорода. Таким образом, катализаторы бывают 2 видов:

1. положительные (увеличивают скорость реакции)

2. отрицательные (уменьшают скорость реакции)

Первые- основа химических производств. Вторые защищают от коррозии.

Слайд 12. Учитель: Особую группу составляют биологические катализаторы – энзимы или ферменты. Они действуют в живых организмах.

Слайд 13. Учитель: Биологические катализаторы белковой природы называются ферментами.

Теперь определим, действуют ли ферменты в свежих и вареных овощах. Для этого выполним следующий эксперимент. В две пробирки налейте по 5 мл аптечной Н₂О₂, затем опустите в одну пробирку кусочек сырой моркови, а в другую- кусочек вареной.

Что наблюдаете?

Ученик: «Вскипание» наблюдается в той пробирке, где сырая морковь.

Учитель: В какой пробирке загорается тлеющая лучинка?

Ученик: Тлеющая лучинка вспыхивает в пробирке с сырой морковью.

Учитель: В какой из пробирок сохраняется деятельность ферментов?

Ученик: Ферменты действуют в пробирке с сырой морковью, следовательно, там их деятельность сохраняется.

Учитель: Это работает фермент «каталаза», который находится в растительной и животной клетках.

Заслушивается сообщение уч-ся об этом ферменте.

Учитель: Рассмотрим особенности ферментов. Они обладают: высокой избирательностью, действуют в строго определенном интервале температур. При изменении температур ферменты гибнут и не работают. Кроме этого, действуют в строго определенной среде раствора ( в кислой, щелочной, нейтральной)

Учитель приводит примеры разнообразных ферментов.

3. Рефлексивно-оценочный этап.

Слайд 14. Учитель: Рассчитайте самостоятельно по вариантам в каком из веществ в пероксиде водорода или воде содержится больше кислорода?

Слайд 15. После проверки поставьте себе один балл на полях, если рассчитали верно.

Учитель: Подведем итоги урока. Посчитайте количество баллов у себя в тетради, если их пять, то поставьте себе оценку «пять», если – четыре, то «4».

Слайд 16. Домашнее задание. Написать эссе, миниатюру или оформить презентацию на тему «Как ферменты решат проблему здоровья»

Литература.

1. О.С. Габриелян Химия-8 ДРОФА М. 2010

2.Н.Л. Глинка Общая химия Л. «Химия» 1980

3.М.Ю. Горковенко Поурочные разработки по химии. 8 класс «ВАКО» М. 2005

4.Заиков Г.Е., Афанасьев В.А. Катализ в химических реакциях. М. Знание, 1977.

5.Заиков Г.Е., Крицман В.А. Химическая кинетика. Становление и развитие. М. Знание, 1980.

Cообщение учащегося.

Самый активный фермент.

Cамый активный фермент человеческого организма непонятно зачем существует…

То есть до поры до времени все было понятно. Каталаза, а именно об этом ферменте идет речь, действительно, превосходит по активности все искусственные и природные катализаторы, но ускоряет она только одну реакцию – разложение перекиси водорода. Колоссальна производительность этого фермента! При нулевой температуре одна молекула каталазы способна разложить 5 млн. молекул перекиси.

Когда, порезав палец, мы прижигаем ранку слабым раствором перекиси водорода, на краю пореза можно заметить пену. Ее создает выделяющийся кислород. Это действует каталаза.

Антимикробное действие пероксида водорода объясняется просто. Бактерии не любят сильных окислителей, в том числе атомарного кислорода, а именно такой кислород выделяется при разложении пероксида.

Но при чем тут каталаза?

Перекись водорода вредна для клеток организма. Не случайно ее относят к числу клеточных ядов. Раньше считалось, что перекись образуется в организмах животных и человека как промежуточный продукт – в процессах клеточного дыхания. Тогда и роль каталазы казалась ясной: организм защищается, превращая с помощью особого фермента клеточный яд в безвредные продукты. А потом выяснилось, что в процессах клеточного дыхания пероксид водорода не образуется. Зачем же тогда антиперекисный фермент?

Предположили, что каталаза фермент – реликтовый. Когда-то, на ранних стадиях развития он был нужен животным – а теперь же каталаза пережиток прошлого, большинство организмов вырабатывает ее на всякий случай, если вдруг нормальный ход окислительных процессов нарушится, и начнет образовываться вредный пероксид водорода.

Не очень это вяжется с обычным рационализмом природы, но более убедительного объяснения роли каталазы пока нет. Если же предположение все- таки верно, то надо сказать, что человеческий организм от возможного возникновения пероксида водорода с большим запасом прочности.

А вот насекомое жук-бомбардир защищается перекисью от внешних врагов. Когда впервые проанализировали жидкость, которой стреляет в противника напуганный жук, то обнаружили, что это довольно крепкий раствор перекиси.

Перекись вырабатывается не только в организме животных, но и во всех зеленых частях растений. В малых дозах она усиливает процессы дыхания.

Перекись водорода по количеству содержащегося в ней кислорода считается самым богатым соединением.

Катализатор ВАЗ

Катализатор достаточно простое устройство, но его действие оказывает большое влияние. Во время работы двигателя выделяется огромное количество отработавших газов. Задача катализатора преобразовать отработавшие газы, тем самым уменьшить выброс вредных веществ в окружающую среду. Ежедневно на дороги выезжают миллионы автомобилей и загрязняют окружающую среду. В основном перенасыщение автомобилей наблюдается в больших городах, что приводит к значительным проблемам.

 

Такие проблемы приводят к загрязнению окружающей среды, влияют на здоровье жителей города, приводят аллергическим и различным другим заболеваниям. Для решения таких серьезных проблем государство принятием новых законов ограничивает допустимый уровень загрязнений. Поэтому с каждым годом производители автомобилей стараются улучшить конструкцию автомобиля.

В современных автомобилях, при производстве, уделяется большое внимание соотношению топлива и воздуха, что обеспечит полное и качественное сгорание топлива.

Загрязняющие вещества, которые вырабатываются двигателем: диоксид углерода, газообразный азот, водяной пар.

Катализаторы ВАЗ бывают двух типов:

— окислительный;

— восстанавливающий.

Конструкция обоих предполагает керамическую структуру, покрытую металлическим катализатором из платины или палладия.

Восстановительный катализатор ВАЗ использует для нейтрализации платину и родий. Когда встречаются молекулы NO и NO2 с молекулами катализатора, после чего отделяется атом азота и кислород освобождается О2. А атомы азота соединяются образуя N2.

Окислительный катализатор работает как преобразователь. Его работа заключается в сжигание не сгоревшего топлива.

Как увеличить эффективность выхлопной системы:

—       Контролировать поток выхлопных газов для управления системой впрыска;

—       Передвинуть катализатор ближе к двигателю, это даст возможность катализатору быстрее нагреваться, что и приведет к улучшению работы.

—       Подогреть каталитический преобразователь с помощью электронагревателя.

Глушители, подробнее…{jcomments on}

Катализатор

| Примеры, определение и факты

Катализатор , в химии, любое вещество, которое увеличивает скорость реакции, но само не потребляется. Ферменты — это природные катализаторы, ответственные за многие важные биохимические реакции.

Полимеризация этилена по Циглеру-Натта

Полимеризация этилена по Циглеру-Натта Газообразный этилен перекачивается под давлением в реакционный сосуд, где он полимеризуется под действием катализатора Циглера-Натта в присутствии растворителя.Суспензия полиэтилена, непрореагировавшего мономера этилена, катализатора и растворителя выходит из реактора. Непрореагировавший этилен отделяют и возвращают в реактор, а катализатор нейтрализуют промывкой спиртом и отфильтровывают. Избыток растворителя извлекается из бани с горячей водой и рециркулируется, а сушилка обезвоживает влажный полиэтилен до его окончательной порошкообразной формы.

Британская энциклопедия, Inc.

Британская викторина

Типы химических реакций

Можете ли вы определить, какой тип химической реакции показан? Проверьте свои знания с помощью этой викторины!

Большинство твердых катализаторов представляют собой металлы или оксиды, сульфиды и галогениды металлических элементов и полуметаллических элементов — бора, алюминия и кремния.Газообразные и жидкие катализаторы обычно используются в чистом виде или в сочетании с подходящими носителями или растворителями; твердые катализаторы обычно диспергированы в других веществах, известных как носители катализаторов.

В общем, каталитическое действие — это химическая реакция между катализатором и реагентом, с образованием химических промежуточных продуктов, которые могут более легко реагировать друг с другом или с другим реагентом с образованием желаемого конечного продукта. Во время реакции между химическими промежуточными продуктами и реагентами катализатор регенерируется.Способы реакций между катализаторами и реагентами широко варьируются, и в твердых катализаторах часто бывают сложными. Типичными из этих реакций являются кислотно-основные реакции, реакции окисления-восстановления, образование координационных комплексов и образование свободных радикалов. В случае твердых катализаторов на механизм реакции сильно влияют свойства поверхности, электронная или кристаллическая структура. Некоторые твердые катализаторы, называемые полифункциональными катализаторами, способны взаимодействовать с реагентами более чем в одном режиме; бифункциональные катализаторы широко используются для реакций риформинга в нефтяной промышленности.

Катализируемые реакции составляют основу многих промышленных химических процессов. Производство катализаторов само по себе является быстрорастущим промышленным процессом.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишись сейчас Катализатор

Каталитические процессы и их катализаторы

процесс
синтез аммиака	утюг
производство серной кислоты	оксид азота (II), платина
крекинг нефти	цеолиты
гидрирование непредельных углеводородов	никель, платина или палладий
окисление углеводородов в автомобильных выхлопах	оксид меди (II), оксид ванадия (V), платина, палладий
Изомеризация н-бутана в изобутан	хлорид алюминия, хлористый водород

Объяснитель: Что такое катализатор?

энергия активации (в химии) Минимальная энергия, необходимая для того, чтобы произошла конкретная химическая реакция.

атом Основная единица химического элемента. Атомы состоят из плотного ядра, которое содержит положительно заряженные протоны и нейтрально заряженные нейтроны. Ядро вращается вокруг облака отрицательно заряженных электронов.

связь (в химии) Полупостоянное соединение между атомами — или группами атомов — в молекуле. Он образован силой притяжения между участвующими атомами. После соединения атомы будут работать как единое целое.Чтобы разделить составляющие атомы, молекуле необходимо подвести энергию в виде тепла или другого типа излучения.

углерод Химический элемент с атомным номером 6. Он является физической основой всего живого на Земле. Углерод существует свободно в виде графита и алмаза. Это важная часть угля, известняка и нефти, и она способна химически самосвязываться с образованием огромного количества химически, биологически и коммерчески важных молекул.

катализатор Вещество, которое помогает химической реакции протекать быстрее. Примеры включают ферменты и элементы, такие как платина и иридий.

каталитический нейтрализатор Устройство из керамических структур сотовой формы, которое устанавливается на выхлопную трубу автомобиля. Проходя через него выхлопные газы, они сталкиваются с двумя разными типами катализаторов, каждый из которых может вызвать различный тип химической реакции. Один или несколько металлов, обычно платина, родий, палладий, а иногда даже золото, покрывают внутреннюю часть системы.Все стенки сотовой структуры устройства значительно увеличивают площадь покрытых катализатором поверхностей, которые теперь могут вступать в реакцию с выхлопными газами. Когда газы из двигателя попадают на эти покрытые металлом поверхности, они разрушают загрязняющие вещества, превращая их в менее вредные материалы. Датчик в преобразователе также измеряет количество кислорода в выхлопных газах. Если он находит слишком много, он приказывает компьютеру отрегулировать соотношение воздух-топливо в двигателе, чтобы он горел более чисто.

химический Вещество, состоящее из двух или более атомов, которые объединяются (становятся связанными вместе) в фиксированной пропорции и структуре.Например, вода — это химическое вещество, состоящее из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода. Его химический символ — H ₂ O. Химический также может быть прилагательным, описывающим свойства материалов, которые являются результатом различных реакций между различными соединениями.

химические связи Силы притяжения между атомами, достаточно сильные, чтобы связанные элементы функционировали как единое целое. Некоторые силы притяжения слабые, некоторые очень сильные.Кажется, что все связи связывают атомы посредством совместного использования или попытки совместного использования электронов.

химическая реакция Процесс, который включает перегруппировку молекул или структуры вещества в противоположность изменению физической формы (например, от твердого тела к газу).

электричество Поток заряда, обычно возникающий в результате движения отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.

двигатель Машина, предназначенная для преобразования энергии в полезное механическое движение.Иногда двигатель называют мотором.

ферменты Молекулы, производимые живыми существами для ускорения химических реакций.

выхлоп (в машиностроении) Газы и мелкие частицы, выбрасываемые — часто с высокой скоростью и / или давлением — в результате сгорания (горения) или нагревания воздуха. Выхлопные газы обычно представляют собой отходы.

топливный элемент Устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую.Наиболее распространенным топливом является водород, который в качестве побочного продукта выделяет только водяной пар.

генетический Имеет отношение к хромосомам, ДНК и генам, содержащимся в ДНК. Область науки, имеющая дело с этими биологическими инструкциями, известна как генетика. Люди, работающие в этой области, — генетики.

водород Самый легкий элемент во Вселенной. Как газ, он бесцветен, не имеет запаха и легко воспламеняется. Это неотъемлемая часть многих видов топлива, жиров и химикатов, из которых состоят живые ткани.

иридий Обнаруженный в 1803 году, его название происходит от латинского слова «радуга». Это твердый, хрупкий и устойчивый к коррозии металл из семейства платиновых. Немного желтоватый, этот элемент в основном используется в качестве отвердителя для платины. Действительно, его температура плавления составляет более 2400 ° по Цельсию (4350 ° по Фаренгейту). Атомный номер элемента 77.

производство Изготовление вещей, обычно в больших масштабах.

металл Что-то, что хорошо проводит электричество, имеет тенденцию быть блестящим (отражающим) и податливым (что означает, что его можно изменить с помощью тепла, а не слишком большой силы или давления).

молекула Электрически нейтральная группа атомов, представляющая минимально возможное количество химического соединения. Молекулы могут состоять из атомов одного или разных типов. Например, кислород в воздухе состоит из двух атомов кислорода (O ₂ ), а вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (H ₂ O).

питательное вещество Витамин, минерал, жир, углевод или белок, который растению, животному или другому организму требуется как часть его пищи для выживания.

кислород Газ, составляющий около 21 процента атмосферы. Все животные и многие микроорганизмы нуждаются в кислороде для поддержания своего метаболизма.

палладий Мягкий, пластичный, стально-белый, устойчивый к потускнению металлический элемент, встречающийся в естественных условиях с платиной, особенно в золотых, никелевых и медных рудах.

нефть Густая легковоспламеняющаяся жидкая смесь углеводородов. Нефть — это ископаемое топливо, которое в основном находится под поверхностью Земли.Это источник химикатов, используемых для производства бензина, смазочных масел, пластмасс и многих других продуктов.

пластик Любой из ряда легко деформируемых материалов; или синтетические материалы, которые были изготовлены из полимеров (длинных цепочек некоторых строительных блоков), которые имеют тенденцию быть легкими, недорогими и устойчивыми к разложению.

платина Природный серебристо-белый металлический элемент, который остается стабильным (не корродирует) на воздухе.Он используется в ювелирных изделиях, электронике, химической обработке и некоторых зубных коронках.

загрязнитель Вещество, которое портит что-либо — например, воздух, воду, наши тела или продукты. Некоторые загрязнители представляют собой химические вещества, например пестициды. Другие могут быть излучением, включая избыточное тепло или свет. Даже сорняки и другие инвазивные виды могут считаться типом биологического загрязнения.

14.7: Катализ — Химия LibreTexts

Цели обучения

• Чтобы понять, как катализаторы увеличивают скорость реакции и селективность химических реакций.

Катализаторы — это вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, но не расходуются в процессе. Катализатор, следовательно, не входит в общую стехиометрию реакции, которую он катализирует, но он должен появляться по крайней мере в одной из элементарных реакций в механизме катализированной реакции. Катализируемый путь имеет более низкое значение E _a , но чистое изменение энергии, возникающее в результате реакции (разница между энергией реагентов и энергией продуктов), не зависит от присутствия катализатора ( Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)).Тем не менее, из-за более низкого значения E _a скорость реакции катализированной реакции выше, чем скорость реакции некаталитической реакции при той же температуре. Поскольку катализатор уменьшает высоту энергетического барьера, его присутствие увеличивает скорость как прямой, так и обратной реакции на одинаковую величину. В этом разделе мы рассмотрим три основных класса катализаторов: гетерогенные катализаторы, гомогенные катализаторы и ферменты.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Снижение энергии активации реакции катализатором.На этом графике сравниваются диаграммы потенциальной энергии для одностадийной реакции в присутствии и в отсутствие катализатора. Единственный эффект катализатора — снижение энергии активации реакции. Катализатор не влияет на энергию реагентов или продуктов (и, следовательно, не влияет на ΔE). (CC BY-NC-SA; анонимно)

Катализатор влияет на E _a , а не на Δ E .

Гетерогенный катализ

В гетерогенном катализе катализатор находится в фазе, отличной от фазы реагентов.По крайней мере, один из реагентов взаимодействует с твердой поверхностью в физическом процессе, называемом адсорбцией, таким образом, что химическая связь в реагенте становится слабой, а затем разрывается. Яды — это вещества, которые необратимо связываются с катализаторами, предотвращая адсорбцию реагентов и, таким образом, снижая или разрушая эффективность катализатора.

Примером гетерогенного катализа является взаимодействие газообразного водорода с поверхностью металла, такого как Ni, Pd или Pt. Как показано в части (а) на рисунке \ (\ PageIndex {2} \), водородно-водородные связи разрываются и образуют отдельные адсорбированные атомы водорода на поверхности металла.Поскольку адсорбированные атомы могут перемещаться по поверхности, два атома водорода могут сталкиваться и образовывать молекулу газообразного водорода, которая затем может покинуть поверхность в обратном процессе, называемом десорбцией. Адсорбированные атомы H на поверхности металла значительно более активны, чем молекула водорода. Поскольку относительно прочная связь H – H (энергия диссоциации = 432 кДж / моль) уже разорвана, энергетический барьер для большинства реакций H ₂ на поверхности катализатора существенно ниже.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Гидрирование этилена на гетерогенном катализаторе.Когда молекула водорода адсорбируется на поверхности катализатора, связь H – H разрывается, и образуются новые связи M – H. Отдельные атомы H более реакционноспособны, чем газообразный H ₂ . Когда молекула этилена взаимодействует с поверхностью катализатора, она вступает в ступенчатую реакцию с атомами H с образованием этана, который высвобождается. (CC BY-NC-SA; анонимно)

На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показан процесс, называемый гидрированием , в котором атомы водорода добавляются к двойной связи алкена, такого как этилен, для получения продукт, содержащий одинарные связи C – C, в данном случае этан.Гидрирование используется в пищевой промышленности для преобразования растительных масел, состоящих из длинных цепочек алкенов, в более коммерчески ценные твердые производные, содержащие алкильные цепи. Гидрирование некоторых двойных связей в полиненасыщенных растительных маслах, например, дает маргарин, продукт с температурой плавления, текстурой и другими физическими свойствами, аналогичными свойствам сливочного масла.

Несколько важных примеров промышленных гетерогенных каталитических реакций приведены в таблице \ (\ PageIndex {1} \).Хотя механизмы этих реакций значительно сложнее описанной здесь простой реакции гидрирования, все они включают адсорбцию реагентов на твердой каталитической поверхности, химическую реакцию адсорбированных частиц (иногда через ряд промежуточных частиц) и, наконец, десорбцию. изделий с поверхности.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Некоторые коммерчески важные реакции, в которых используются гетерогенные катализаторы.

Коммерческий процесс	Катализатор	Начальная реакция	Конечный коммерческий продукт
контактный процесс	V 2 O 5 или Pt	2SO 2 + O 2 → 2SO 3	H 2 SO 4
Процесс Хабера	Fe, K 2 O, Al 2 O 3	N 2 + 3H 2 → 2NH 3	NH 3
процесс Оствальда	Pt и Rh	4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O	HNO 3
Реакция конверсии вода-газ	Fe, Cr 2 O 3 или Cu	CO + H 2 O → CO 2 + H 2	H 2 для NH 3 , CH 3 OH и других видов топлива
паровой риформинг	Ni	CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2	H 2
синтез метанола	ZnO и Cr 2 O 3	CO + 2H 2 → CH 3 OH	СН 3 ОН
Процесс Sohio	фосфомолибдат висмута	\ (\ mathrm {CH} _2 \ textrm {= CHCH} _3 + \ mathrm {NH_3} + \ mathrm {\ frac {3} {2} O_2} \ rightarrow \ mathrm {CH_2} \ textrm {= CHCN} + \ mathrm {3H_2O} \)	\ (\ underset {\ textrm {акрилонитрил}} {\ mathrm {CH_2} \ textrm {= CHCN}} \)
каталитическое гидрирование	Ni, Pd или Pt	RCH = CHR ′ + h3 → RCH 2 -CH 2 R ′	частично гидрогенизированные масла для маргарина и т. Д.

Гомогенный катализ

В гомогенном катализе катализатор находится в той же фазе, что и реагент (ы).Число столкновений между реагентами и катализатором максимально, поскольку катализатор равномерно диспергирован по всей реакционной смеси. Многие гомогенные катализаторы в промышленности представляют собой соединения переходных металлов (Таблица \ (\ PageIndex {2} \)), но извлечение этих дорогостоящих катализаторов из раствора было серьезной проблемой. В качестве дополнительного барьера к их широкому коммерческому использованию многие гомогенные катализаторы можно использовать только при относительно низких температурах, и даже в этом случае они имеют тенденцию медленно разлагаться в растворе.Несмотря на эти проблемы, в последние годы был разработан ряд коммерчески жизнеспособных процессов. Полиэтилен высокой плотности и полипропилен производятся методом гомогенного катализа.

Таблица \ (\ PageIndex {2} \): Некоторые коммерчески важные реакции, в которых используются гомогенные катализаторы.

Коммерческий процесс	Катализатор	Реагенты	Конечный продукт
Юнион Карбайд	[Rh (CO) 2 I 2 ] —	CO + CH 3 OH	CH 3 CO 2 H
гидропероксидный процесс	Комплексы Mo (VI)	CH 3 CH = CH 2 + R – O – O – H
гидроформилирование	Rh / PR 3 комплексы	RCH = CH 2 + CO + H 2	RCH 2 CH 2 CHO
адипонитрил процесс	Ni / PR 3 комплексы	2HCN + CH 2 = CHCH = CH 2	NCCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CN, используемый для синтеза нейлона
полимеризация олефинов	(RC 5 H 5 ) 2 ZrCl 2	Канал 2 = Канал 2	— (CH 2 CH 2 -) n : полиэтилен высокой плотности

Ферменты

Ферменты, катализаторы, встречающиеся в природе в живых организмах, представляют собой почти все белковые молекулы с типичной молекулярной массой 20 000–100 000 а.е.м.Некоторые из них представляют собой гомогенные катализаторы, которые вступают в реакцию в водном растворе в клеточном отделении организма. Другие представляют собой гетерогенные катализаторы, встроенные в мембраны, которые отделяют клетки и клеточные компартменты от их окружения. Реагент в реакции, катализируемой ферментами, называется субстратом .

Поскольку ферменты могут увеличивать скорость реакции в огромных количествах (до 10 ¹⁷ раз по сравнению с некатализируемой скоростью) и имеют тенденцию быть очень специфичными, обычно производя только один продукт с количественным выходом, они являются предметом активных исследований.В то же время ферменты обычно дороги в получении, они часто перестают функционировать при температурах выше 37 ° C, имеют ограниченную стабильность в растворе и обладают такой высокой специфичностью, что ограничиваются превращением одного конкретного набора реагентов в один конкретный продукт. . Это означает, что для химически подобных реакций необходимо разрабатывать отдельные процессы с использованием разных ферментов, что отнимает много времени и является дорогостоящим. К настоящему времени ферменты нашли лишь ограниченное промышленное применение, хотя они используются в качестве ингредиентов в моющих средствах для стирки, средствах для чистки контактных линз и размягчителях мяса.Ферменты в этих приложениях, как правило, представляют собой протеазы, которые способны расщеплять амидные связи, удерживающие вместе аминокислоты в белках. Например, размягчители мяса содержат протеазу под названием папаин, которую выделяют из сока папайи. Он расщепляет некоторые длинные волокнистые молекулы белка, которые делают недорогие нарезы говядины жесткими, в результате чего получается более нежный кусок мяса. Некоторые насекомые, такие как жук-бомбадир, несут фермент, способный катализировать разложение перекиси водорода до воды (рис. \ (\ PageIndex {3} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): механизм каталитической защиты. Обжигающий спрей с неприятным запахом, выделяемый этим жуком-бомбардиром, образуется в результате каталитического разложения \ (\ ce {h3O2} \).

Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментами, путем связывания с определенной частью фермента и, таким образом, замедления или предотвращения реакции. Поэтому необратимые ингибиторы являются эквивалентом ядов в гетерогенном катализе. Одним из старейших и наиболее широко используемых коммерческих ингибиторов ферментов является аспирин, который избирательно подавляет один из ферментов, участвующих в синтезе молекул, вызывающих воспаление.Создание и синтез родственных молекул, более эффективных, более селективных и менее токсичных, чем аспирин, являются важными задачами биомедицинских исследований.

Сводка

Катализаторы участвуют в химической реакции и увеличивают ее скорость. Они не входят в общее уравнение реакции и не расходуются во время реакции. Катализаторы позволяют реакции протекать по пути, который имеет более низкую энергию активации, чем некаталитическая реакция. При гетерогенном катализе катализаторы обеспечивают поверхность, с которой реагенты связываются в процессе адсорбции.При гомогенном катализе катализаторы находятся в той же фазе, что и реагенты. Ферменты — это биологические катализаторы, которые приводят к значительному увеличению скорости реакции и имеют тенденцию быть специфичными для определенных реагентов и продуктов. Реагент в реакции, катализируемой ферментами, называется субстратом. Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментами.

Катализаторы | Химия для неосновных

Цели обучения

• Определите катализатор.
• Объясните, как катализаторы влияют на скорость химической реакции.

Куда ушло солнце?

Смог в Нью-Йорке. Любезно предоставлено доктором Эдвином П. Юингом-младшим, CDC / Викимедиа.

Транспортные средства с бензиновым двигателем выделяют много вредных веществ. Оксиды азота образуются, когда атмосферный азот реагирует с кислородом при высоких температурах, характерных для автомобильного двигателя. Окись углерода является побочным продуктом неполного сгорания углеводородов. Испаренное и неиспользованное топливо выбрасывает в атмосферу летучие углеводороды, способствуя образованию смога.Наличие каталитического нейтрализатора в выхлопной системе автомобиля заставляет эти материалы вступать в реакцию и превращаться в менее вредные продукты.

Катализаторы

Иногда в химическую реакцию может быть добавлено вещество, и скорость этой реакции резко возрастет. Перекись водорода используется в качестве дезинфицирующего средства для удаления царапин и порезов и содержится во многих аптеках в виде 3% -ного водного раствора. Перекись водорода естественным образом разлагается с образованием воды и кислорода, но реакция идет очень медленно.Бутылки с перекисью водорода хватит на несколько лет, прежде чем ее нужно будет заменить. Однако добавление небольшого количества оксида марганца (IV) к перекиси водорода приведет к ее полному разложению всего за несколько минут. Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции. После того, как реакция происходит, катализатор возвращается в исходное состояние, и катализаторы можно использовать снова и снова.Поскольку он не является ни реагентом, ни продуктом, катализатор показан в химическом уравнении над стрелкой выхода.

Катализатор работает, изменяя конкретный способ протекания реакции, называемый ее механизмом. Важным результатом использования катализатора является снижение общей энергии активации реакции (см. рисунок ниже). При более низком энергетическом барьере активации больший процент молекул реагентов может иметь эффективные столкновения, и скорость реакции увеличивается.

Рис. 1. Добавление катализатора в реакцию снижает энергию активации, увеличивая скорость реакции. Энергия активации некаталитической реакции обозначена Ea, тогда как каталитическая реакция обозначена Ea ’. Теплота реакции (ΔH) не изменяется в присутствии катализатора. Изображение из фонда CK-12 — Кристофер Ауён.

Катализаторы — чрезвычайно важные части многих химических реакций. Ферменты в вашем теле действуют как природные катализаторы, позволяя важным биохимическим реакциям протекать с разумной скоростью.Химические компании постоянно ищут новые и лучшие катализаторы, чтобы ускорить реакцию и, таким образом, сделать компанию более прибыльной.

Сводка

• Описывается функция катализатора.

Практика

Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

1. Какой краситель используется для синих джинсов?
2. Что ферменты делают для синих джинсов?
3. Перечислите три проблемы, которые существуют для некаталитических реакций.

Обзор

1. На что влияет катализатор в химической реакции?
2. Влияет ли процесс на процесс?
3. Где мы указываем катализатор при написании химического уравнения?

Глоссарий

• катализатор: Вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции.

7 фактов о катализе, которых вы можете не знать

Практически все в вашей повседневной жизни зависит от катализаторов: автомобили, стикеры, стиральный порошок, пиво.Все части вашего сэндвича — хлеб, сыр чеддер, жареная индейка. Катализаторы разрушают бумажную массу, чтобы получить гладкую бумагу в вашем журнале. Они очищают ваши контактные линзы каждую ночь. Они превращают молоко в йогурт, а нефть — в пластиковые молочники, компакт-диски и велосипедные шлемы.

Что такое катализ?

Катализаторы ускоряют химическую реакцию, снижая количество энергии, необходимое для ее запуска. Катализ является основой многих промышленных процессов, в которых используются химические реакции для превращения сырья в полезные продукты.Катализаторы являются неотъемлемой частью производства пластмасс и многих других промышленных изделий.

Даже человеческий организм работает на катализаторах. Многие белки в вашем теле на самом деле являются катализаторами, называемыми ферментами, которые делают все: от создания сигналов, которые двигают ваши конечности, до помощи в переваривании пищи. Они действительно важная часть жизни.

Маленькие дела могут иметь большие результаты.

В большинстве случаев вам нужно совсем небольшое количество катализатора, чтобы изменить ситуацию. Даже размер частицы катализатора может изменить ход реакции.В прошлом году аргоннская команда, в которую входил ученый-материаловед Ларри Кертисс, обнаружила, что один серебряный катализатор лучше справляется со своей задачей, когда он находится в наночастицах шириной всего в несколько атомов. (Катализатор превращает пропилен в оксиды пропилена, что является первым шагом в производстве антифриза и других продуктов.)

Это может сделать вещи более экологичными.

Промышленные процессы производства пластмассы и других предметов первой необходимости часто приводят к появлению неприятных побочных продуктов, которые могут представлять опасность для здоровья человека и окружающей среды.Лучшие катализаторы могут помочь решить эту проблему. Например, тот же серебряный катализатор на самом деле производит меньше токсичных побочных продуктов, что делает всю реакцию более экологически чистой.

По сути, катализатор — это способ экономии энергии. А применение катализаторов в больших масштабах может спасти мир на лотов энергии. Три процента всей энергии, используемой в США каждый год, идет на преобразование этана и пропана в алкены, которые, помимо прочего, используются для производства пластмасс.Это эквивалент более 500 миллионов баррелей бензина.

Катализаторы также являются ключом к открытию биотоплива. Вся биомасса — кукуруза, просо, деревья — содержит прочное соединение, называемое целлюлозой, которое необходимо расщепить для получения топлива. Поиск идеального катализатора для разрушения целлюлозы сделает биотопливо более дешевым и более жизнеспособным в качестве возобновляемого источника энергии.

Вычислительное моделирование открывает перспективы для создания лучших катализаторов и красивых изображений, таких как эта модель платинового катализатора, взаимодействующего с атомами кислорода (красный) и атомами водорода (белый).Изображение Риза Ранкина, Центр наномасштабных материалов.

Часто мы не понимаем, почему они работают.

Точные причины, по которым катализаторы работают, часто остаются загадкой для ученых. Curtiss работает в области вычислительного катализа: использует компьютеры для решения сложного взаимодействия физики, химии и математики, которое объясняет, как работает катализатор.

Разобравшись с процессом, ученые могут попытаться создать катализатор, который работает еще лучше, путем моделирования того, как могут работать различные материалы.Возможные конфигурации новых катализаторов могут составлять тысячи комбинаций, поэтому суперкомпьютеры лучше всего справляются с ними.

Когда Эдисон конструировал лампочку, он испытал буквально сотни различных нитей (вероятно, проверяя терпение своих лаборантов), прежде чем обнаружил карбонизированную нить. Воспользовавшись суперкомпьютерами и современными технологиями, ученые могут ускорить годы испытаний и сократить расходы, чтобы совершить прорыв.

Curtiss проводит моделирование на суперкомпьютере Argonne Blue Gene / P для разработки возможных новых катализаторов.«Поскольку суперкомпьютеры стали быстрее, мы смогли делать то, чего никогда не могли делать 10 лет назад», — сказал он.

Они могут быть необходимы для следующей большой революции в аккумуляторных батареях.

Новые эффективные литий-ионные аккумуляторы помогли превратить неуклюжие автомобильные телефоны в тонкие и элегантные сотовые телефоны и ноутбуки, доступные сегодня. Но ученые уже ищут следующую революцию в аккумуляторных батареях — такую, которая когда-нибудь сможет сделать батарею легкой и достаточно мощной, чтобы проехать 500 миль на машине.Перспективной идеей являются литий--воздушные батареи , в которых в качестве основного компонента используется кислород воздуха. Но эта новая батарея потребует полностью изменить внутреннюю химию, и ей понадобится новый мощный катализатор, чтобы заставить ее работать. Литий-воздушная батарея работает, объединяя атомы лития и кислорода, а затем снова и снова разрушая их. Это ситуация, специально созданная для катализатора, и хороший катализатор ускорит реакцию и сделает батарею более эффективной.

Как сделать новый катализатор?

Понимание химии реакций — это первый шаг; затем ученые могут использовать моделирование для разработки новых потенциальных катализаторов и тестирования их в лаборатории.Но этот первый шаг будет трудным, если вы не сможете перейти на атомарный уровень, чтобы увидеть, что происходит во время реакции. Именно здесь блистают крупные научные центры, такие как усовершенствованный источник фотонов (APS) в Аргонне.

В APS ученые могут использовать самые яркие рентгеновские лучи в Соединенных Штатах, чтобы отслеживать реакции в режиме реального времени. В Центре электронной микроскопии лаборатории исследователи фотографируют атомы во время их реакции. Кертисс и его команда использовали и то, и другое в поисках лучших катализаторов.

Chem4Kids.com: Реакции: Катализаторы и ингибиторы

Катализатор — это как добавление магии к химической реакции. Для реакции требуется определенное количество энергии. Если у них его нет, ну да ладно, реакции, вероятно, не произойдет. Катализатор снижает количество необходимой энергии, так что реакция может происходить более легко. Катализатор — это энергия. Если вы заполните комнату газообразным водородом (H ₂ ) и кислородом (O ₂ ), произойдет очень мало.Если вы зажжете спичку в этой комнате (или просто зажжете искру), большая часть водорода и кислорода объединятся, образуя молекулы воды (H ₂ O). Это взрывная реакция. Вы также можете добавить катализатор в эту комнату и запустить небольшую реакцию. В этой ситуации вы можете добавить немного палладия (Pd), который будет действовать в качестве катализатора.

Энергия, необходимая для осуществления реакции, называется энергией активации . Поскольку все движется, необходима энергия. Энергия, необходимая для реакции, обычно находится в виде тепла.Когда добавляется катализатор, происходит нечто особенное. Может быть, молекула меняет свою структуру. Может быть, этот катализатор объединяет две молекулы, и они выделяют тонну энергии. Эта дополнительная энергия может помочь другой реакции произойти в так называемой цепной реакции . В некоторых случаях вы также можете думать о катализаторе как о мосте . Вместо того, чтобы позволить реакциям происходить таким же (но более быстрым) способом, он может предложить новое направление или химический путь, чтобы пропустить шаги, требующие энергии.

Катализаторы также используются в организме человека. Они не вызывают взрывов, но могут вызвать очень сложные реакции. Они помогают соединяться очень большим молекулам. По поводу катализаторов есть еще один интересный факт. Вы знаете, что катализаторы снижают энергию активации, необходимую для протекания реакции. С более низкой энергией активации продукты могут легче сочетаться. Следовательно, как прямая, так и обратная реакции ускоряются. Он изменяет обе ставки и обычно меняет точку равновесия.

Также существует так называемый ингибитор , который действует прямо противоположно катализаторам. Ингибиторы замедляют скорость реакции. Иногда они даже полностью останавливают реакцию. Вы можете спросить: «Зачем это кому-то?» Вы можете использовать ингибитор, чтобы замедлить реакцию и сделать ее более контролируемой. Без ингибиторов некоторые реакции могут продолжаться, продолжаться и продолжаться. Если бы они это сделали, все молекулы были бы израсходованы. Это было бы плохо, особенно для вашего тела.Когда вы смотрите телевизор, у вас нет причин продолжать расщеплять сахар с такой же скоростью, как если бы вы тренировались.

Нация науки: солнечное топливо (видео США-NSF)

Определение катализатора — Химический словарь

Что такое катализатор?

Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но не расходуется в ходе реакции; следовательно, катализатор может быть восстановлен химически без изменений в конце реакции, которую он использовал для ускорения, или катализатор .

Обсуждение

Чтобы химические вещества вступили в реакцию, их связи должны быть перегруппированы, потому что связи в продуктах отличаются от связей в реагентах. Самый медленный шаг в перегруппировке связи приводит к так называемому переходному состоянию. — химическое соединение, которое не является ни реагентом, ни продуктом, но является промежуточным звеном между ними.

Реагент ⇄ Переходное состояние ⇄ Продукт

Для формирования переходного состояния требуется энергия. Эта энергия называется энергией активации или E _a .Чтение приведенной ниже диаграммы слева направо показывает прогресс реакции, когда реагенты проходят через переходное состояние, чтобы стать продуктами.

Преодолевая барьер

Энергию активации можно рассматривать как барьер для химической реакции, препятствие, которое необходимо преодолеть. Если барьер высокий, немногие молекулы обладают достаточной кинетической энергией, чтобы столкнуться, сформировать переходное состояние и пересечь барьер. Реагенты с энергией ниже E _и не могут пройти через переходное состояние, чтобы вступить в реакцию и стать продуктами.

Катализатор работает, обеспечивая другой путь реакции, с более низким E _a . Катализаторы снижают энергетический барьер. Другой путь позволяет упростить перегруппировку связей, необходимую для превращения реагентов в продукты, с меньшими затратами энергии. В любой заданный интервал времени присутствие катализатора позволяет большей части реагентов набрать достаточно энергии, чтобы пройти через переходное состояние и стать продуктами.

Пример 1. Процесс Габера
Процесс Габера, который используется для получения аммиака из водорода и азота, катализируется железом, которое обеспечивает атомные центры, на которых связи реагентов могут легче перестраиваться с образованием переходного состояния.

N _{2 (газ)} + 3H _{2 (газ)} ⇌ 2NH _{3 (газ)}

Пример 2: Ферменты
В нашем организме и в других живых существах ферменты используются для ускорения биохимических реакций. Фермент — это разновидность катализатора. Сложная жизнь была бы невозможна без ферментов, позволяющих реакции протекать с подходящей скоростью. Формы ферментов вместе с местами на ферменте, которые связываются с реагентами, обеспечивают альтернативный путь реакции, позволяя конкретным молекулам объединяться для образования переходного состояния с пониженным энергетическим барьером активации.

На схеме ниже длинноцепочечный фермент обеспечивает места для молекул реагентов, которые собираются вместе, чтобы сформировать переходное состояние с низкой энергией активации.

Катализаторы не могут изменить положение химического равновесия — прямая и обратная реакции ускоряются, так что константа равновесия K _eq остается неизменной. Однако за счет удаления продуктов из реакционной смеси по мере их образования общая скорость образования продукта может быть увеличена на практике.

.

No related posts.