Debido al rápido crecimiento de la industria, las reacciones catalíticas son cada vez más demandadas en la producción química, la ingeniería mecánica y la metalurgia. Gracias al uso de catalizadores, es posible convertir materias primas de baja calidad en un producto valioso.
Importancia
Las reacciones catalíticas se distinguen por la variedad de agentes utilizados. En síntesis orgánica, contribuyen a una aceleración significativa de la deshidrogenación, hidrogenación, hidratación, oxidación y polimerización. El catalizador puede considerarse una "piedra filosofal" que convierte las materias primas en productos terminados: fibras, medicamentos, productos químicos, fertilizantes, combustibles, plásticos.
Las reacciones catalíticas permiten obtener numerosos productos, sin los cuales la vida normal y la actividad humana son imposibles.
Catalysis te permite acelerar procesos enmiles y millones de veces, por lo que actualmente se utiliza en el 91% de diversas industrias químicas.
Datos interesantes
Muchos procesos industriales modernos, como la síntesis de ácido sulfúrico, solo pueden llevarse a cabo con un catalizador. Una amplia variedad de agentes catalíticos asegura la creación de aceites de motor para la industria automotriz. En 1900, por primera vez a escala industrial, se llevó a cabo una síntesis catalítica de margarina a partir de materias primas vegetales (por hidrogenación).
Desde 1920, se ha desarrollado un mecanismo para reacciones catalíticas en la producción de fibras y plásticos. Un hito fue la producción catalítica de ésteres, olefinas, ácidos carboxílicos y otros materiales de partida para la fabricación de compuestos poliméricos.
Refinación de petróleo
Desde mediados del siglo pasado, las reacciones catalíticas se han utilizado en la refinación de petróleo. El procesamiento de este valioso recurso natural implica varios procesos catalíticos a la vez:
- reforma;
- grietas;
- hidrosulfonación;
- polimerización;
- hidrocraqueo;
- alquilación.
Desde finales del siglo pasado, ha sido posible desarrollar un convertidor catalítico para reducir las emisiones de escape a la atmósfera.
Se han otorgado varios premios Nobel por trabajos en catálisis y campos relacionados.
Relevancia práctica
Una reacción catalítica es cualquier proceso que involucra el uso de aceleradores (catalizadores). Para evaluar la importancia práctica de tales interacciones, se pueden citar como ejemplo las reacciones asociadas con el nitrógeno y sus compuestos. Dado que esta cantidad es de naturaleza muy limitada, la creación de proteínas alimentarias sin el uso de amoníaco sintético es muy problemática. El problema se resolvió con el desarrollo del proceso catalítico de Haber-Bosch. El uso de catalizadores está en constante expansión, lo que permite aumentar la eficiencia de muchas tecnologías.
Producción de amoníaco
Consideremos algunas reacciones catalíticas. Se dan ejemplos de química inorgánica sobre la base de las industrias más comunes. La síntesis de amoníaco es una reacción exotérmica reversible, que se caracteriza por una disminución en el volumen de la sustancia gaseosa. El proceso tiene lugar en un catalizador, que es hierro poroso con la adición de óxido de aluminio, calcio, potasio, silicio. Tal catalizador es activo y estable en el rango de temperatura de 650-830K.
Enviarle irreversiblemente compuestos de azufre, en particular monóxido de carbono (CO). En las últimas décadas, gracias a la introducción de tecnologías innovadoras, la presión se ha reducido significativamente. Por ejemplo, se hizo un convertidor que le permite bajar el indicador de presión a 8106 - 15106 Pa.
La modernización del circuito frontal ha reducido significativamente la probabilidad de encontrar venenos catalíticos en él: compuestos de azufre,cloro. Los requisitos para el catalizador también han aumentado significativamente. Si antes se producía fundiendo óxidos de hierro (escamas), añadiendo óxidos de magnesio y calcio, ahora el óxido de cob alto desempeña el papel de un nuevo activador.
Oxidación de amoníaco
¿Cuáles son las características de las reacciones catalíticas y no catalíticas? Se pueden considerar ejemplos de procesos que dependen de la adición de ciertas sustancias basados en la oxidación del amoníaco:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Este proceso es posible a una temperatura de unos 800°C, así como un catalizador selectivo. Para acelerar la interacción se utiliza platino y sus aleaciones con manganeso, hierro, cromo y cob alto. Actualmente, el principal catalizador industrial es una mezcla de platino con rodio y paladio. Este enfoque permitió reducir significativamente el costo del proceso.
Descomposición del agua
Teniendo en cuenta las ecuaciones de las reacciones catalíticas, no se puede ignorar la reacción de obtención de oxígeno e hidrógeno gaseosos por electrólisis del agua. El proceso implica costes energéticos significativos, por lo que se utiliza con poca frecuencia a escala industrial.
El platino metálico con un tamaño de partícula de aproximadamente 5-10 nm (nanoclusters) actúa como un acelerador óptimo para dicho proceso. La introducción de dicha sustancia acelera la descomposición del agua en un 20-30 por ciento. Otros beneficios incluyen la estabilidad del catalizador de monóxido de carbono de platino.
En 2010un equipo de científicos estadounidenses recibió un catalizador barato que reduce el consumo de energía para la electrólisis del agua. Se convirtieron en un compuesto de níquel y boro, cuyo costo es significativamente más bajo que el platino. El catalizador de boro-níquel se ha apreciado en la producción de hidrógeno industrial.
Síntesis de yoduro de aluminio
Obtenga esta sal haciendo reaccionar polvo de aluminio con yodo. Una gota de agua es suficiente para actuar como catalizador para iniciar una reacción química.
Primero, la película de óxido de aluminio actúa como acelerador del proceso. El yodo, al disolverse en agua, forma una mezcla de ácidos yodhídrico y yodhídrico. El ácido, a su vez, disuelve la película de óxido de aluminio, actuando como catalizador del proceso químico.
Resumir
Cada año, aumenta la escala de aplicación de procesos catalíticos en diversas áreas de la industria moderna. Se demandan catalizadores que le permitan neutralizar sustancias que son peligrosas para el medio ambiente. El papel de los compuestos necesarios para la fabricación de hidrocarburos sintéticos a partir de carbón y gas también está creciendo. Las nuevas tecnologías ayudan a reducir los costes energéticos en la producción industrial de diversas sustancias.
Gracias a la catálisis es posible obtener compuestos poliméricos, productos con propiedades valiosas, modernizar tecnologías para convertir combustibles en energía eléctrica, sintetizar sustancias necesarias paravida y actividades humanas.
