En raison de la croissance rapide de l'industrie, les réactions catalytiques sont de plus en plus demandées dans la production chimique, l'ingénierie mécanique et la métallurgie. Grâce à l'utilisation de catalyseurs, il est possible de transformer des matières premières de qualité inférieure en un produit de valeur.
Importance
Les réactions catalytiques se distinguent par la variété des agents utilisés. En synthèse organique, ils contribuent à une accélération significative de la déshydrogénation, de l'hydrogénation, de l'hydratation, de l'oxydation et de la polymérisation. Le catalyseur peut être considéré comme une "pierre philosophale" qui transforme les matières premières en produits finis: fibres, médicaments, produits chimiques, engrais, carburants, plastiques.
Les réactions catalytiques permettent d'obtenir de nombreux produits, sans lesquels la vie normale et l'activité humaine sont impossibles.
Catalysis vous permet d'accélérer les processus dansdes milliers et des millions de fois, c'est pourquoi il est actuellement utilisé dans 91 % des diverses industries chimiques.
Faits intéressants
De nombreux processus industriels modernes, tels que la synthèse de l'acide sulfurique, ne peuvent être réalisés qu'à l'aide d'un catalyseur. Une grande variété d'agents catalytiques assure la création d'huiles moteur pour l'industrie automobile. En 1900, pour la première fois à l'échelle industrielle, une synthèse catalytique de margarine à partir de matières premières végétales (par hydrogénation) est réalisée.
Depuis 1920, un mécanisme a été développé pour les réactions catalytiques dans la production de fibres et de plastiques. Un événement marquant a été la production catalytique d'esters, d'oléfines, d'acides carboxyliques, ainsi que d'autres matières premières pour la fabrication de composés polymères.
Raffinage du pétrole
Depuis le milieu du siècle dernier, les réactions catalytiques sont utilisées dans le raffinage du pétrole. Le traitement de cette précieuse ressource naturelle implique plusieurs processus catalytiques à la fois:
- réformer;
- craquage;
- hydrosulfonation;
- polymérisation;
- hydrocraquage;
- alkylation.
Depuis la fin du siècle dernier, il a été possible de développer un convertisseur catalytique pour réduire les émissions de gaz d'échappement dans l'atmosphère.
Plusieurs prix Nobel ont été décernés pour des travaux en catalyse et dans des domaines connexes.
Pertinence pratique
Une réaction catalytique est tout processus qui implique l'utilisation d'accélérateurs (catalyseurs). Pour apprécier l'importance pratique de telles interactions, on peut citer à titre d'exemple les réactions associées à l'azote et à ses composés. Étant donné que cette quantité est de nature très limitée, la création de protéines alimentaires sans l'utilisation d'ammoniac synthétique est très problématique. Le problème a été résolu avec le développement du procédé catalytique Haber-Bosch. L'utilisation de catalyseurs est en constante expansion, ce qui permet d'augmenter l'efficacité de nombreuses technologies.
Production d'ammoniac
Considérons quelques réactions catalytiques. Des exemples issus de la chimie inorganique sont donnés sur la base des industries les plus courantes. La synthèse de l'ammoniac est une réaction exothermique réversible qui se caractérise par une diminution du volume de la substance gazeuse. Le processus se déroule sur un catalyseur, qui est du fer poreux additionné d'oxyde d'aluminium, de calcium, de potassium et de silicium. Un tel catalyseur est actif et stable dans la plage de température de 650-830K.
Lui envoient de manière irréversible des composés soufrés, notamment du monoxyde de carbone (CO). Au cours des dernières décennies, grâce à l'introduction de technologies innovantes, la pression a été considérablement réduite. Par exemple, un convertisseur a été créé qui vous permet d'abaisser l'indicateur de pression à 8106 - 15106 Pa.
La modernisation du circuit avant a considérablement réduit la probabilité d'y trouver des poisons catalytiques - composés soufrés,chlore. Les exigences pour le catalyseur ont également augmenté de manière significative. Si auparavant il était produit en faisant fondre des oxydes de fer (calcaire), en ajoutant des oxydes de magnésium et de calcium, l'oxyde de cob alt joue désormais le rôle d'un nouvel activateur.
Oxydation de l'ammoniac
Quelles sont les caractéristiques des réactions catalytiques et non catalytiques ? Des exemples de processus qui dépendent de l'ajout de certaines substances peuvent être considérés sur la base de l'oxydation de l'ammoniac:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Ce procédé est possible à une température d'environ 800°C, ainsi qu'un catalyseur sélectif. Pour accélérer l'interaction, le platine et ses alliages avec le manganèse, le fer, le chrome et le cob alt sont utilisés. Actuellement, le principal catalyseur industriel est un mélange de platine avec du rhodium et du palladium. Cette approche a permis de réduire considérablement le coût du processus.
Décomposition de l'eau
Considérant les équations des réactions catalytiques, on ne peut ignorer la réaction d'obtention d'oxygène et d'hydrogène gazeux par électrolyse de l'eau. Le processus implique des coûts énergétiques importants, il est donc peu utilisé à l'échelle industrielle.
Le platine métallique avec une taille de particule d'environ 5 à 10 nm (nanoclusters) agit comme un accélérateur optimal pour un tel processus. L'introduction d'une telle substance accélère la décomposition de l'eau de 20 à 30%. D'autres avantages incluent la stabilité du catalyseur au monoxyde de carbone au platine.
En 2010une équipe de scientifiques américains a reçu un catalyseur bon marché qui réduit la consommation d'énergie pour l'électrolyse de l'eau. Ils sont devenus un composé de nickel et de bore, dont le coût est nettement inférieur à celui du platine. Le catalyseur bore-nickel a été apprécié dans la production d'hydrogène industriel.
Synthèse de l'iodure d'aluminium
Obtenez ce sel en faisant réagir de la poudre d'aluminium avec de l'iode. Une goutte d'eau suffit à agir comme catalyseur pour initier une réaction chimique.
Premièrement, le film d'oxyde d'aluminium agit comme un accélérateur du processus. L'iode, se dissolvant dans l'eau, forme un mélange d'acides iodhydrique et iodique. L'acide, à son tour, dissout le film d'oxyde d'aluminium, agissant comme un catalyseur pour le processus chimique.
Résumer
Chaque année, l'échelle d'application des procédés catalytiques dans divers domaines de l'industrie moderne augmente. Les catalyseurs sont en demande qui vous permettent de neutraliser les substances dangereuses pour l'environnement. Le rôle des composés nécessaires à la fabrication d'hydrocarbures synthétiques à partir du charbon et du gaz est également croissant. Les nouvelles technologies contribuent à réduire les coûts énergétiques dans la production industrielle de diverses substances.
Grâce à la catalyse, il est possible d'obtenir des composés polymères, des produits aux propriétés intéressantes, de moderniser les technologies de conversion du carburant en énergie électrique, de synthétiser des substances nécessaires àla vie et les activités humaines.
