Nu există reacții nereușite și
dacă reacția nu merge, atunci
a fost găsit catalizatorul.
NN Zelinsky
În 1835, chimistul suedez J. Berzelius a constatat că, în prezența anumitor substanțe, rata anumitor reacții chimice crește substanțial. Pentru astfel de substanțe, el a introdus termenul "catalizator" (din cataliza grecească - relaxare). După cum crede Berzelius, catalizatorii au o capacitate deosebită de a slăbi legăturile dintre atomii din moleculele implicate în reacție, facilitând astfel interacțiunea lor. O contribuție importantă la dezvoltarea ideilor despre activitatea catalizatorilor a fost făcută de fizico-chimistul german V. Ostwald, care în 1880 a definit catalizatorul drept substanță care modifică rata de reacție.
Catalizatorii sunt substanțe care măresc rata de reacție, participă la aceasta, dar rămân după ce reacția se termină în cantitățile originale. Cu alte cuvinte, catalizatorii sunt substanțe care schimbă viteza unei reacții chimice sau o provoacă, dar nu fac parte din produse.
De regulă, catalizatorul este introdus în sistem în cantități foarte mici în comparație cu masa reactivilor. Cu toate acestea, eficiența acestor aditivi mici este neobișnuit de ridicată. În momentul reacției, catalizatorul este implicat activ în procesul chimic, la fel ca reactivii. Dar până la sfârșitul reacției dintre ele există o diferență fundamentală - reactivii își schimbă compoziția chimică, transformându-se în produse, iar catalizatorul este eliberat în forma sa originală. Cu toate acestea, catalizatorul este schimbat fizic. Cristalul, MnO2 cristalin, în timpul descompunerii catalitice a cloratului de potasiu KClO3 se transformă într-o pulbere fină. Aceste modificări indică faptul că, în timpul reacției, în anumite etape, catalizatorul interacționează cu reactivii și, când este terminat, se evidențiază din nou.
Cea mai importantă proprietate a catalizatorilor este selectivitatea. și anume Abilitatea de a crește rata numai a anumitor reacții chimice din mai multe posibile. Acest lucru face posibilă reacția care are loc în condiții obișnuite prea lent, astfel încât acestea să poată fi utilizate în practică și asigură formarea produselor dorite.
Activitatea catalizatorului afectează puternic prezența substanțelor străine, efectul căruia poate fi dublu: creșterea activității catalizatorului sau reducerea acestuia. Substanțele care nu au activitate catalitică, dar cresc activitatea catalizatorului sunt numite promotori sau activatori. Substanțele care reduc activitatea catalizatorului până la pierderea completă se numesc otrăvuri catalitice. Atunci când reacționează otrăvurile cu un catalizator, se formează produse cu activitate scăzută care nu au efect catalitic. Acest fenomen se numește otrăvire a catalizatorului. În funcție de stabilitatea produselor produse, otrăvirea este reversibilă și ireversibilă. Cu otrăvire reversibilă, activitatea catalizatorului poate fi restabilită prin trecerea porțiunilor proaspete ale amestecului de reacție. Dacă otrăvirea ireversibilă necesită o regenerare completă a catalizatorului sau înlocuirea acestuia.
Catalizatorii sunt clasificați pe baza naturii reacției pe care o accelerează, a compoziției lor chimice sau a proprietăților fizice. Proprietățile catalitice au într-o măsură mai mare sau mai mică în aproape toate elementele chimice și substanțe - pe cont propriu sau, mai frecvent, în diverse combinații. Conform proprietăților lor fizice, catalizatorii sunt împărțiți în omogeni și eterogeni. Catalizatorii tipici pentru o cataliză omogenă sunt acizi protoni și aprotici, baze, câteva complexe metalice, pentru catalizatori heterogeni - metale, oxizi metalici, sulfuri și altele. Reacțiile de același tip poate avea loc atât sub cataliză omogenă și heterogenă. Astfel, pentru reacțiile acide catalizatorii tipici - soluții de acizi și baze sau corp solid, cu acidul (aluminosilicați Al2 O3 TiO2 ThO2, zeoliti, etc .....) Sau de bază [CaO, BaO, MgO, Ca (NH2) 2 etc. .] proprietăți. Pentru reacții redox majoritatea catalizatorilor comuni sunt metalele de tranziție (Pt, Pd, Ni, Fe, Co), oxid (V2 O5. MnO2. MoO3. Cr2 O3), inclusiv spinel, sulfurile (MoS2. WS2. CoS), și, de asemenea, semiconductori care nu au elemente tranzitorii în compoziția lor.
Există un alt tip de catalizator - enzime (enzime). Enzimele sunt molecule de proteine care accelerează procesele chimice în sistemele biologice. Ele sunt numite adesea biocatalizatori.
aplicații
Rolul important al proceselor catalitice poate fi apreciat din faptul că acestea oferă 20% din produsul național brut al SUA.
Căutarea, selecția, cercetarea și introducerea în practică a unor noi catalizatori în practică reprezintă una dintre cele mai importante și complexe sarcini ale științei și tehnologiei moderne.
- în industria petrolieră pentru cracare a hidrocarburilor (cu ajutorul a crescut randamentul benzinei și a kerosenului) și reformarea (ceea ce conduce la rearanjarea structurii hidrocarburilor și creșterea cifra octanică a benzinei);
- la prelucrarea gazelor naturale;
- când se obțin polimeri și cauciuc artificial;
- în producția de acizi sulfurici și nitrici, amoniac, alcooli metilici și etilici sintetici, alte produse de sinteză organică și anorganică;
- pentru a proteja aerul împotriva poluării gazoase în instalațiile de tratare la instalațiile chimice și în țevile de evacuare a autovehiculelor (convertizoare catalitice). În acest caz, gazele de eșapament conținând hidrocarburi și monoxid de carbon CO sunt trecute printr-un strat de bile acoperite cu catalizatori de platină și paladiu. Convertizorul este încălzit și un exces de aer este expulzat prin el. Ca urmare, hidrocarburile și monoxidul de carbon sunt transformate în dioxid de carbon CO2 și apă, substanțe inofensive.
Convertoarele catalitice sunt, de asemenea, utilizate pentru a reduce oxizii de azot la azotul liber.
Enzimele joacă un rol indispensabil în sistemele biologice. În plus, ele sunt utilizate în procese tehnologice cum ar fi gătitul, producția de alimente și băuturi, produse farmaceutice, detergenți, textile, piele, hârtie.
Adsorbția (din latină ad-on, at și sorbeo-absorb) este concentrația diferitelor substanțe pe interfața dintre cele două sisteme (solid-lichid, gaz solid, gaz lichid, lichid-lichid). O substanță care reține particulele pe suprafața sa prin crearea unui câmp de forță de adsorbție datorită forțelor intermoleculare necompensate în apropierea acestei suprafețe se numește un adsorbant. Substanțele adsorbite sunt adsorbați. Adsorbția poate fi însoțită de o reacție chimică între adsorbant și adsorbant. Un astfel de proces se numește chemisorbție. Procesul, inversul adsorbției, se numește desorbție.
Prin adsorbție, substanțele solide pot servi drept catalizatori.
Natura forțelor de adsorbție poate fi foarte diferită. Dacă este forțele van der Waals, atunci adsorbția se numește fizică. dacă valența (adică adsorbția este însoțită de formarea compușilor chimici de suprafață), - chimic. sau chimisorbție. Caracteristicile chemisorption - ireversibilitate, efecte termice ridicate (sute kJ / mol), caracter activ. Între adsorbție fizică și chimică, există multe cazuri intermediare (de exemplu, adsorbție datorită legături de hidrogen). Există, de asemenea, diferite tipuri de adsorbție fizică a forțelor atractive manifestare Dispersie intermoleculare mai versatile, adică. K. Ele sunt aproximativ constant pentru adsorbanți cu orice natură chimică de suprafață (așa-numita adsorbție nespecifică). adsorbție fizică pot fi cauzate de forțele electrostatice (interacțiunea dintre ioni, dipolii sau quadrupoles). rol important în geometria de adsorbție, de asemenea, joacă o secțiune a suprafeței: în cazul unei vorbesc suprafață plană de adsorbție pe o suprafață expusă, în cazul suprafețelor puternic curbate sau slabit - pe de adsorbție în porii adsorbantului.
Proprietățile adsorbanți adsorbtie depind de compoziția chimică și starea fizică a suprafeței, natura porozitatea și suprafața specifică (suprafață per 1 g de substanță). adsorbanți neporoase (cristale macinate, sedimente fin granulată, particule de fum, carbon, aerosil) au o suprafață specifică de aproximativ 1 m2 / g la 500 m2 / g. Suprafața specifică a adsorbanți poroase (silicagel, alumină gel-alumino silicat de catalizator, carbon activ) atinge 1000 m 2 / g.
adsorbanți neporoase sunt foarte dispersate se prepară în principal, prin descompunerea termică sau arderea incompletă a hidrocarburilor (prepararea de negru de fum), sau prin ardere compuși halogenați elementoorganic (prepararea silice fin divizată - Aerosil). Adsorbentele poroase sunt produse prin următoarele metode:
1) crearea unei rețele de pori în substanțe solide dispersate prin acțiuni chimice;
2) Prepararea gelurilor din soluții coloidale - soluri; când aceste geluri sunt uscate din spațiul dintre particulele coloidale, solventul este îndepărtat și, ca urmare, materialul rezultat are un sistem de pori dezvoltat;
3) sintetizarea cristalelor poroase de tip zeolit, care sunt deosebit de importante ca catalizatori, adsorbanți și site moleculare.
Adsorbanții sunt de asemenea obținuți prin descompunerea termică a carbonaților, oxalatilor, hidroxidilor, unor polimeri, sublimarea moleculară a solidelor în vid și în alte moduri.
Aplicații ale tehnologiei de adsorbție
Bazat pe fenomenul de adsorbție, multe metode de purificare a aerului de impurități, apă și sirop de zahăr în timpul producției de zahăr, sucuri de fructe și alte lichide în industria alimentară, uleiuri lubrifiante uzate. Prin îndepărtarea umidității ca contaminant din gaze si lichide prin adsorbanți solide - una dintre cele mai importante ramuri ale tehnologiei de adsorbție.
Procesele de adsorbție se bazează pe o separare subțire a amestecurilor de substanțe și separarea amestecurilor complexe ale anumitor componente. Exemple sunt separarea izomerilor alcanilor în vederea obținerii de hidrocarburi normale pentru producerea agenților tensioactivi, separarea uleiului în producția de combustibili pentru motoare. Pentru amestecurile de gaze, se folosesc metode de adsorbție de separare pentru producerea de aer îmbogățit cu oxigen (până la O2 aproape pur); în multe cazuri, aceste metode concurează cu succes cu rectificarea.
Domeniul de aplicare rapid al tehnologiei de adsorbție este medicina, unde servește la extragerea substanțelor dăunătoare din sânge (metoda hemosorbției) și a altor fluide fiziologice. Cerințele ridicate pentru sterilitate reprezintă o sarcină foarte dificilă de selectare a adsorbanților adecvați. Acestea includ cărbuni activi special pregătiți.
Domenii de aplicare a adsorbanților
Adsorbanți utilizate ca purtători în cataliză, ca materiale de umplutură pentru polimeri pentru separarea cromatografică a amestecurilor, în măști de gaze, în medicina petrochimiei pentru purificarea petrolului și a gazelor, precum și într-o tehnică de mare pentru pompe de sorbție.
Absorbantul este un lichid în care are loc absorbția (absorbția volumetrică a gazelor sau a vaporilor de către un absorbant pentru a forma o soluție).
Absorbția gazelor (absorbanța latină, de absorbție absorbantă), absorbția volumetrică a gazelor și a vaporilor cu un lichid (absorbant) pentru a forma o soluție. Utilizarea absorbției în tehnica de separare și purificare a gazelor, care separă vaporii de amestecurile de vapori și gaze, se bazează pe solubilitatea diferită a gazelor și a vaporilor în lichide. Procesul, inversul absorbției, se numește desorbție; se utilizează pentru a separa gazul absorbit de soluție și pentru a regenera absorbantul. Absorbția gazelor prin metale (de exemplu, hidrogen paladiu) se numește ocluzie.
Distingeți între absorbția fizică și cea chimică. Cu absorbție fizică, energia interacțiunii dintre moleculele de gaz și absorbant în soluție nu depășește 20 kJ / mol. Dizolvarea gazului nu este însoțită de o reacție chimică (sau, cel puțin, această reacție nu are un efect apreciabil asupra procesului).
În absorbție chimică (sau absorbție cu reacție chimică, adesea numită chemisorption) a moleculelor de gaz dizolvate reacționează cu componenta activă chemisorbent-absorbant (energia de interacțiune moleculară mai mare de 25 kJ / mol) într-o soluție sau disociere sau asociere a moleculelor de gaz. Variantele de absorbție intermediare sunt caracterizate de o energie de interacțiune a moleculelor de 20-30 kJ / mol. Astfel de procedee includ dizolvarea cu formarea unei legături de hidrogen, în particular absorbția acetilenei cu dimetilformamidă.
Pe multe procese industriale importante pe bază de absorbție, de exemplu, acizii azotic, clorhidric și acid sulfuric (absorbția dioxidului de apă de azot gazos, acid clorhidric și trioxid de sulf), producția de sodă (absorbția de dioxid de carbon), purificarea gazelor industriale reziduale de impurități nocive (hidrogen sulfurat, dioxid de sulf , monoxid de carbon, dioxid de carbon, etc.), extracția hidrocarburilor gazoase și impurități (de exemplu, m. n. benzină naturală, crăparea și gazele de piroliză) precum și selectarea hidrocarburilor individuale. Absorbția este realizată la unitatea de absorbție, în care unitatea principală este un absorbant (învechit -. Scrub) având o suprafață dezvoltată de contact cu absorbantul absorbit substanță.
Absorbant sau adsorbant?
Iată două cuvinte similare, și nu se poate spune că unul are dreptate, iar celălalt nu este - pentru că ele denotă concepte diferite. Să specificăm care dintre ele.
În primul rând, dicționarele spun că absorbantul și adsorbantul sunt substanțe care au capacitatea de absorbție și adsorbție, respectiv. Prin urmare, căutăm în continuare.
Absorbție. Absorbția, absorbția oricărei substanțe din soluție sau din gaz cu toată masa unei alte substanțe.
Adsorbția. Absorbția, absorbția materiei dintr-o soluție sau gaz pe o suprafață a unui strat solid sau de suprafață dintr-un lichid.
Confuzia dintre "absorbant" și "adsorbant" apare deoarece ambele absorb nivelul volumului la un nivel vizibil. Este important de subliniat faptul că adsorbanții absorb prin aderarea substanței absorbite la suprafață, ceea ce este mare datorită numărului mare de pori interni. Prin urmare, impresia că adsorbanții absorg și volumul lor, adică efectul extern combină conceptele.
Unele substanțe (de exemplu bumbacul obișnuit) sunt adsorbite și absorbite simultan (deși bumbacul, desigur, adsorbține într-o măsură mai mare).
Articole similare
-
Elecacol (aelekasol) instrucțiuni de utilizare, descrierea produsului
-
Sorbifer durules, egis instrucțiuni de utilizare, descrierea preparatului
Trimiteți-le prietenilor: