Ингибитор и катализатор
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Ингибитор и катализатор

Катализаторы и ингибиторы

Практически все химические реакции представляют собой не простое взаимодействие исходных реагентов, а сложные цепи последовательных стадий, где реагенты взаимодействуют не только друг с другом, но и со стенками реактора, которые могут как катализировать (ускорять), так и ингибировать (замедлять) процесс.

Опыты показывают, что на интенсивность химических процессов оказывают влияние также случайные примеси. Вещества различной степени чистоты проявляют себя в одних случаях как более активные реагенты, в других — как инертные. Примеси могут оказывать как каталитическое, так и ингибиторные действие. Поэтому для управления химическим процессом в реагирующие вещества вносят те или иные добавки. Таким образом, влияние “третьих тел” на ход химических реакций может быть сведено к катализу, то есть положительному воздействию на химический процесс, и к ингибированию, сдерживающему процесс.

В качестве примера рассмотрим реакцию синтеза аммиака. До 1913 г. она вообще не могла быть осуществлена. Только после того, как был найден катализатор, при высокой температуре и давлении эту реакцию удалось осуществить. Но в технологическом исполнении реакция оставалась трудной и опасной. Позднее были открыты условия, позволяющие проводить ее при нормальном давлении и комнатной температуре с использованием металлоорганических катализаторов.

Применение катализаторов послужило основанием коренной ломки всей химической промышленности. Благодаря им стало возможным ввести в действие в качеств сырья для органического синтеза парафины и циклопарафины, до сих пор считавшиеся “химическими мертвецами”. Катализ находится в основании производства маргарина, многих пищевых продуктов, а также средств защиты растений. Почти вся промышленность основной химии (производство неорганических кислот, оснований и солей) и “тяжелого органического синтеза”, включая получение горюче смазочных материалов, базируется на катализе. Последнее время тонкий органический синтез также становится все более каталитическим. 60-80 процентов всей химии основаны на каталитических процессах. Химики не без оснований говорят, что некаталитических процессов вообще не существует, поскольку все они протекают в реакторах, материал стенок которых служит своеобразным катализатором. Но сам катализ долгое время оставался загадкой природы, вызывая к жизни самые разнообразные теории, как чисто химические, так и физические.

Эти теории, даже будучи ошибочными, оказывались полезными хотя бы потому, что наталкивали исследователей на новые эксперименты. Ведь дело было в том, что для большинства промышленно важных химических процессов катализаторы подбирались путем бесчисленных проб и ошибок. Так например, для вышеназванной реакции синтеза аммиака в 1913-1914 годах немецкие химики испробовали в качестве катализатора более 20 тысяч химических соединений, следуя периодической системе элементов и сочетая их самыми разными способами.

Сегодня можно сделать некоторые выводы о сущности катализа:

1. Реагирующие вещества вступают в контакт с катализатором

взаимодействуют с ним, в результате чего происходит ослабление химических связей

Если же реакцию проводят в отсутствие катализатора, тот активация молекул реагирующих веществ должна происходить за счет подачи в реактор инерции извне.

2. В общем случае любую каталитическую реакцию можно представить проходящей через промежуточный комплекс, в котором происходит перераспределение ослабленных химических связей

3. В подавляющем большинстве случаев в качестве катализаторов выступают соединения бертолидного типа — соединения переменного состава, отличающиеся наличием в них ослабленных химических связей или даже свободных валентностей, что придает им высокую химическую активность. Их молекулы содержат широкий набор энергетически неоднородных связей или даже атомы на поверхности.

4. Следствием взаимодействия реагентов с катализатором является ход реакции в заданном направлении; увеличение скорости реакции, так как на поверхности катализатора увеличивается число встреч реагирующих молекул; захват катализатором некоторой части энергии экзотермической реакции для энергетической подпитки все новых актов реакции и ее общего ускорения.

На современном этапе своего развития учение о химических процессах занимается разработкой таких проблем, как химия плазмы, радиационная химия, химия высоких давлений и температур.

Эволюционная химия.

Основная проблема эволюционной химии: – выявление процессов химической эволюции, способов и средств управления ею. Появление эволюционной химии: 1950-60-е годы.

Предельная (не сегодня) организованность и эффективность химических процессов достигается в живой клетке, которая является результатом эволюции материи.

Идея: открыть законы химических процессов в живых организмах и перенести их на химическое производство.

Основное: термодинамические, кинетические, каталитические условия протекания биологических процессов в клетках.

Особенно! – транспортирование веществ для химических реакций.

Основополагающие работы: немец К. Циглер (1898-1973). Нобелевская премия 1965.

Главное направление сегодня моделирование ферментов и транспортных РНК. Решение этой проблемы невозможно без понимания законов химической эволюции, так как имеем дело с крайне сложными молекулярными системами, синтезировать которые путем подбора имитирования невозможно. Синтез возможен только на основе моделирования тех природных процессов, которые реально вели к появлению ферментов и транспортных соединений. Это эволюционная химия.

Второе направление – исследование явления самоорганизации химических реакций и катализаторов в процессе химических реакций.

На этом пути – решение проблемы происхождения жизни? Основания: отбор химических элементов и соединений в живом и не только в живом.

Теория химической эволюции Руденко (1964,1969)

Суть: химическая эволюция есть саморазвитие каталитических систем, т. е. Эволюционирующее вещество – катализаторы.

Основной закон: с наибольшей скоростью и вероятностью реализуются те пути эволюционных изменений катализатора, на которых происходит максимальное увеличение его активности.

Невозможность классического описания поведения электронов в атоме

Дискретность электронных состояний в атоме

Организация электронных состояний атома в электронные оболочки

Переходы электронов между электронными состояниями как основные атомные процессы (возбуждение и ионизация)

Вещества: простые и сложные (соединения)

Понятие о качественном и количественном составе вещества

Катализаторы

Вы когда-нибудь пробовали поджечь сахар? Казалось бы, сильно экзотермическая реакция С12Н22О11+12О2 →12СО2+11Н2О должна идти легко. Не тут-то было — при сильном нагреве сахар плавится, приобретает коричневую окраску и запах карамели, но не загорается. И всё же сжечь сахар можно. Для этого надо посыпать его табачным пеплом и внести в пламя — тогда сахар загорится. Такое же воздействие на эту реакцию оказывают и некоторые другие вещества, например соли лития или оксид хрома (III).

Химические реакции, которые «не желают» протекать сами по себе или идут с очень малой скоростью и требуют дополнительного «стимула» — присутствия веществ, которые в результате реакции остаются неизменными, — происходят повсеместно. Это, во-первых, абсолютно все химические процессы, лежащие в основе жизнедеятельности клеток. Они протекают только в присутствии ферментов, а отсутствие в организме хотя бы одного из них нарушает обмен веществ и чревато тяжёлой болезнью или же просто несовместимо с жизнью.

Кроме того, к таким реакциям относится большинство крупнотоннажных процессов, используемых в химической промышленности. Получение серной кислоты, переработка нефти, синтез аммиака немыслимы без участия «посторонних веществ», называемых катализаторами. Как выглядел бы наш мир без катализаторов? Он был бы гораздо статичнее, ведь многие химические реакции просто не происходили бы. Впрочем, изучать химию всё равно было бы некому: жизнь в таком мире появиться не может.

Катализаторы позволяют проводить химические процессы при гораздо более мягких условиях. А кроме того, в присутствии катализаторов идут реакции, которые вообще невозможны без их участия ни в каких условиях.

При этом количество катализатора, необходимое для превращения огромной массы реагентов в продукты реакции, несоизмеримо мало. Одна молекула фермента катализирует разложение 5 млн. молекул сахара за 1 с!

Катализ и его секреты

Но в чём скрыта тайна веществ — катализаторов? Давайте разберёмся, почему сахар и другие органические вещества самопроизвольно не превращаются в углекислый газ и воду — гораздо более энергетически выгодные (говорят ещё «термодинамически устойчивые») соединения. Разве это не удивительно? Ведь если положить, скажем, шарик на вершину горки, он тут же займёт более энергетически выгодное положение — скатится вниз. Если же его оградить барьером, он скатиться не сможет. Чтобы оказаться внизу и тем самым уменьшить свою потенциальную энергию, шарику нужно преодолеть барьер, а для этого ему нужно подвести дополнительную энергию.

Все существующие химические вещества, даже весьма термодинамически неустойчивые, окружены на своих энергетических «вершинах» подобными барьерами. Порой энергия, необходимая для их преодоления, сравнима с кинетической энергией теплового движения молекул. Тогда достаточно простого смешения реагентов — и реакция происходит при комнатной температуре. Нагревая реакционную смесь, можно преодолеть барьер чуть повыше. Но иногда он слишком высок, и в этом случае придётся или искать способы доставки необходимой энергии молекулам реагентов, или попытаться обойти энергетический барьер.

Как это сделать? Оказывается, катализатор может, подобно опытному проводнику, хорошо знающему местность, повести реакцию по совершенно иному пути. При этом её механизм претерпевает сильные изменения. Существует масса способов обойти энергетическую «гору». Каждый катализатор, работающий в конкретной реакции, выбирает для процесса свой путь. При этом новый маршрут может быть гораздо длиннее изначального: число промежуточных стадий и продуктов реакции иногда возрастает в несколько раз. Но зато количество энергии, требуемое на каждой стадии, оказывается существенно меньше, чем в отсутствие «проводника». В итоге, пройдя более длинный путь при помощи катализатора, реакция даёт желаемый результат значительно быстрее.

Однако «постороннее вещество» может воздействовать на ход реакции и противоположным образом: привести её к труднопреодолимому энергетическому барьеру. Тогда процесс замедляется. Такой «отрицательный» катализ называется ингибированием (от лат. inhibeo — «останавливаю», «сдерживаю»), а «катализаторы, действующие наоборот» — ингибиторами.

Зачем нужно замедлять скорость реакции? Существуют процессы, которые необходимы человеку, а также существуют такие процессы, проведение которых может пагубно сказаться как на человека, так и на предметах его обихода и окружающей среде. например появление ржавчины – коррозия металлов, гниение продуктов питания. Такими реакциями могут быть взрывы различных химических веществ, которые чувствительны к движению или сотрясению. Нужно учитывать, что химические реакции, в результате которых образуется лишь одно вещество – достаточно редкие. В основном при реакциях образуется более одного вещества. Особенно ярко такое явление наблюдается в органической химии.

В организмах живых существ и множестве других процессах, протекающих в нашей среде обитания часто необходимо, чтобы в процессе реакции получалось только одно нужное нам вещество или продукт реакции. Именно в этом случае применяется катализ. Грамотный подбор катализатора позволяет проводить химические процессы только в нужном для нас направлении и с получением требуемого нам вещества, при этом исключая выход других побочных эффектов реакции.

В нашем организме имеются ферменты – катализаторы, которые работают точно таким же образом. Именно по аналогии с ферментами наука приобрела возможность получения каталитических реакции.
Несмотря на аналогию и полученные знания, тайны катализа остаются полностью не раскрытыми.

Читать еще:  Неисправности датчика коленвала ваз 2114 признаки

Виды катализаторов

Что использовать в качестве катализатора!?

Какие виды катализаторов бывают?! В их качестве могут выступать самые разнообразные вещества: газы, ионы и различные комплексы; металлы и оксиды; простые органические соединения и сложнейшие природные и синтетические полимеры; даже. обычные вода, песок, глина!
Но самым важным фактором является агрегатное состояние катализатора и вступающих во взаимодействие веществ.

Когда катализатор, реагенты и продукты реакции находятся в одной фазе (например, жидкость, газ), где нет границ раздела, реагентам гораздо проще вступить в контакт с катализатором. При этом катализатор находится в виде молекул или ионов. Такой катализ называют гомогенным (от греч. «гомогенес» — «однородный»). В случае гетерогенного катализа (от греч. «гетерогенес» — «разнородный»), особенно если катализатор — твёрдое тело, на ход реакции воздействует не отдельная его молекула, а целый участок поверхности и подповерхностных слоёв. Это взаимодействие реагентов сразу со многими атомами или молекулами катализатора, к тому же выстроенными определённым образом, усиливает каталитическое влияние. Реакции между твёрдыми веществами всегда гетерогенны.

Гомогенный катализ и гетерогенный катализ существенно различаются по своему механизму. Вероятно, с этим связана тенденция теорий катализа к «однобокости» — преимущественному объяснению либо гомогенного, либо гетерогенного катализа.

С помощью катализаторов в мире ежегодно производятся миллиарды тонн химической продукции. Около 90 % промышленных химических процессов — каталитические процессы.

Раньше всего, в начале XIX в., обнаружили каталитические свойства благородных металлов: платины, палладия и др. До сих пор эти металлы применяются, например, в катализаторах дожигания выхлопных газов автомобилей (они переводят ядовитый угарный газ СO, образующийся при неполном окислении топлива, в углекислый газ СО2.,), при окислении аммиака NH3, в других процессах. Конечно, учёные работают над заменой дорогих металлов более дешёвыми.
Из гомогенных каталитических реакций наиболее известны катализ кислотами и основаниями, а также солями и комплексами металлов. Самый простой кислотный катализатор — ион водорода. Он одновременно и самый маленький. В числе первых изученных каталитических реакций был гидролиз крахмала («разваливание» его на молекулы сахаров) в кислой среде. Сейчас кислотный катализ очень распространён в органической химии: ионы водорода хорошо ускоряют различные реакции спиртов, альдегидов, жирных кислот и других веществ.

Однако технологи на химических производствах больше любят гетерогенный катализ. Скажем, реакция идёт в газовой фазе, а катализатор твёрдый (пористое железо в синтезе аммиака). Так как катализатор находится в другой фазе, продукты реакции легко от него отделить. Примечательно, что тот же кислотно-основной катализ можно сделать гетерогенным: различные алюмосиликаты и оксиды металлов в зависимости от вида их обработки и состава проявляют свойства кислоты или основания

Катализ и катализаторы

Катализ – это процесс изменения скорости химической реакции при помощи катализатороввеществ, принимающих участие в химической реакции, но в состав конечных продуктов не входящих и в результате реакции не расходующихся.

Одни катализаторы ускоряют реакцию (положительный катализ), другие – замедляют (отрицательный катализ). Отрицательный катализ называют ингибированием, а катализаторы, понижающие скорость химической реакции – ингибиторами.

Различают гомогенный и гетерогенный катализ.

Гомогенный катализ.

При гомогенном (однородном) катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в одинаковом агрегатном состоянии и между ними отсутствует поверхность раздела. Пример гомогенного катализа – реакция окисления SO2 и SO3 в присутствии катализатора NO (реагирующие вещества и катализатор являются газами).

Гетерогенный катализ.

В случае гетерогенного (неоднородного) катализа реагирующие вещества и катализатор находятся в различных агрегатных состояниях и между ними существует поверхность (граница) раздела. Обычно катализатор – твердое вещество, а реагирующие вещества – жидкости или газы. Пример гетерогенного катализа – окисление NN3 до NO в присутствии Pt (катализатор – твердое вещество).

Механизм действия катализаторов

Действие положительных катализаторов сводится к понижению энергии активации реакции Еа(исх), действие ингибиторов – противоположное.

Так, для реакции 2HI = H2+I2 Еа(исх)=184 кДж/моль. Когда же эта реакция протекает в присутствии катализатора Au или Pt, то Еа(исх)=104 кДж/моль, соответственно.

Механизм действия катализатора при гомогенном катализе объясняется образованием промежуточных соединений между катализатором и одним из реагирующих веществ. Далее промежуточное соединение реагирует со вторым исходным веществом, в результате чего образуется продукт реакции и катализатор в первоначальном виде. Так как скорость обоих промежуточных процессов значительно больше скорости прямого процесса, то реакция с участием катализатора протекает значительно быстрее, чем без него.

SO2 +1/2 O2 = SO3 протекает очень медленно, а если использовать катализатор NO

то реакции NO +1/2О2 = NO2 и NO2 +SO2 = SO3 +NO протекают быстро.

Механизм действия катализатора при гетерогенном катализе иной. В этом случае реакция протекает вследствие адсорбции молекул реагирующих веществ поверхностью катализатора (поверхность катализатора неоднородна: на ней имеются так называемые активные центры, на которых и адсорбируются частицы реагирующих веществ.). Увеличение скорости химической реакции достигается, в основном, за счет понижения энергии активации адсорбированных молекул, а также, отчасти, за счет увеличения концентрации реагирующих веществ в местах, где произошла адсорбция.

Каталитические яды и промоторы.

Некоторые вещества снижают или полностью уничтожают активность катализатора, такие вещества называют каталитическими ядами. Например, небольшие примеси серы (0,1%) полностью прекращает каталитическое действие металлического катализатора (губчатого железа), использующегося при синтезе аммиака. Вещества, повышающие активность катализатора, называют промоторами. Например, каталитическая активность губчатого железа значительно возрастает при добавлении примерно 2% метаалюмината калия KAlO2.

Применение катализаторов

Действие катализатора избирательно и специфично. Это означает, что, применяя различные катализаторы, из одних и тех же веществ можно получить различные продукты. Это особенно характерно для реакций органических веществ. Например, в присутствии катализатора AlO3 происходит дегидратация этилового спирта, в присутствии Cu – дегидрирование:

Биологические катализаторы, принимающие участие в сложных химических превращениях, протекающих в организме, называются ферментами.

Катализаторы широко используются в производстве серной кислоты, аммиака, каучука, пластмасс и др. веществ.

vitalxbc › Блог › Катализатор выхлопных газов. Мифы и заблуждения.

Катализатор (не котолизатор — это совсем другое устройство и для других целей…), он же каталитический нейтрализатор, каталитический преобразователь или каталитический конвертер — это устройство в выхлопной системе автомобиля направленное на снижение токсичных выбросов в атмосферу путем восстановления оксидов азота до азота и кислорода, дожига угарного газа и несгоревших углеводородов. В химии катализатор — это вещество ускоряющее или вызывающее химическую реакцию, но само при этом на расходующееся. Такими веществами являются медь, никель, золото, палладий, родий, хром и большинство драгоценных и редких металлических элементов. Принцип работы автомобильного катализатора как раз и основан на способности веществ-катализаторов к ускорению химических реакций. Чаще всего расположен катализатор сразу после приемной трубы, однако иногда его устанавливают прямо на приемной трубе, т.н. катколлектор. Делают это для более быстрого прогрева, так как эффективно работает он только при температурах свыше 300-400С. Однако большой минус такого расположения слишком высокие температуры в рабочем режиме и неприлично маленький срок службы катализатора.

Основные вещества, присутствующие в выхлопе, являются безвредными.

Однако процесс горения не совершенен и помимо безвредных веществ при работе двигателя выделяются крайне токсичные, канцерогенные и довольно вредные для людей вещества.

углеводороды (CHx)
оксиды азота (NOx)
окись углерода (CO)

Современные катализаторы являются трехкомпонентными, т.е. оснащены тремя каталитическими преобразователями, по одному на каждое вещество, которое необходимо снизить. Трехкомпонентный катализатор представляет собой металлический корпус из нержавеющей стали, в котором находится “сотовая” керамическая конструкция или реже конструкция типа “керамические бусины”. Сотовая конструкция бывает металлической или керамической и покрыта веществами-катализаторами, обычно это платина, родий или палладий (в последнее время на некоторых моделях начинают применять золото, которое что удивительно дешевле других металлов-катализаторов). Керамическая конструкция более распространена, так как дешевле в производстве, однако у такой конструкции есть большой минус — хрупкость. Достаточно небольшого удара, чтобы керамические соты треснули и осыпались. В каталитических преобразователях используются два вида катализаторов: восстанавливающий и окислительный.

Восстанавливающий катализатор использует платину и родий, чтобы уменьшить выбросы оксидов азота. Когда молекула оксида или двуокиси азота встречается с молекулами катализатора, от нее отделяется атом азота, высвобождая кислород. Атом азота же связывается с другим атомом азота, образуя газообразный азот N2.
Окислительный катализатор уменьшает количество несгоревшего топлива СН и окиси углерода СО путем их сжигания (окисления) с помощью платины и палладия. Этот катализатор также помогает оксиду углерода вступить в реакцию с несгоревшим кислородом, образуя углекислый газ. В упрощенном виде эти химические реакции выглядят следующим образом:

CH+O2 -> CO2+H2O;
NO+CO -> N2+CO2;
CO+O2 -> CO2;
NO+H2 -> N2+H2O.

Вследствие этих реакций токсичные, вредные вещества CO, CHx и NOx восстанавливаются или окисляются в безвредную воду H2O, азот N2 и углекислый газ CO2.

Каталитические преобразователи дизельных двигателей плохо справляются с сокращением выбросов NOx. Одна из причин в том, что дизельные двигатели сами по себе функционируют в более низком температурном режиме, чем бензиновые, а преобразователи работают лучше при нагреве. Ведущие эксперты в области “зеленого” автомобилестроения придумали новую выхлопную систему, которая помогает исправить этот недостаток. Они впрыскивают водный раствор мочевины в выхлопную трубу до того, как газы достигнут преобразователя. При этом возникает химическая реакция, которая уменьшает количество NOx. Карбамид, также известный как мочевина — органическое соединение углерода, азота, кислорода и водорода. Его можно обнаружить в моче млекопитающих и земноводных, что и объясняет такое название. Мочевина реагирует с NOx с получением азота и водяного пара, снижая количество оксидов азота в выхлопных газах дизельных двигателей более чем на 90 процентов.

Причины выхода катализатора из строя.

Для керамических катализаторов:

-Удар, например, о камень (достаточно небольшого удара, чтобы керамические соты рассыпались).
-Попадание воды на раскаленный катализатор, например, если заехать в лужу на прогретой машине (также может привести к тому, что соты рассыпятся).
-Неисправность в системе зажигания. Если при пуске двигателя не происходит воспламенение, то топливо может попасть в приемную трубу, а затем и в катализатор и бензин может взорваться в катализаторе (что также может привести к тому, что соты рассыпятся), многократные пропуски зажигания быстро разрушают и даже оплавляют катализатор.

Для всех катализаторов:

-Некачественный (низкое октановое число, содержание смол, дизтоплива) и этилированный бензин.
-Попадание паров и частиц несгоревшего масла (зола не имеет значения) быстро забивают соты.
-Попадание в катализатор антифриза или “левых” жидкостей для промывки топливной системы.
-Переобогощенная топливно-воздушная смесь покрывает катализатор сажей и забивает его.
-Долгая работа двигателя на холостом ходу, пробочная езда, постоянные автозапуски и прогревы.

Читать еще:  Как сделать автозапуск автомобиля

Признаки неисправного катализатора

-Автомобиль начинает “тупить”, ухудшаются динамические характеристики, автомобиль перестает “тянуть”, плавают обороты на холостом ходу, двигатель может не разгоняться выше определенных оборотов, катализатор может раскалиться докрасна и даже оплавиться кожух.
-Двигатель начинает “дизелить”, громко и жестко работать (сильный подпор выхлопным газам).
-Характерный звон и дребезжание в районе катализатора (соты катализатора рассыпались).
-При перегазовке из выхлопа высыпается “крупа” или белая-серая пыль — частицы катализатора.

Катализаторы не подлежат ремонту, а только замене на родной, либо на универсальный аналог. Также возможна замена катализатора на пламегаситель, с ухудшением норм экологичности до Евро-0 с невозможностью въезда в города большинства цивилизованных стран.

Предпочтительней ставить универсальный катализатор:

-Если автомобиль младше 5-10 лет.
-Если вы не хотите загрязнять атмосферу.
-Если вы планируете выезжать за границу.
-Если вы самостоятельно проходите техосмотр.
-Если работа ДВС без катализатора имеет сложности.

В других случаях более предпочтителен недорогой вариант с пламегасителем и обманкой либо прошивкой.

Средний срок службы современных катколлекторов (находящихся в непосредственной близости к ДВС) около 100-150т.км., катализаторов который устанавливаются снизу авто, после “паука”, не менее 250т.км. Нередки случаи жизни катализаторов более 500т.км., только у старых авто, разработки 90х годов, сейчас такое не встречается и считают за чудо, если катализатор прожил 250-300т.км. Все дело в толщине и прочности керамики — раньше не экономили…

Заблуждения и мифы по поводу катализаторов.

-Вопреки расхожим мнениям гаражных, диванных аналитегов и автомастеров, осыпающийся катализатор не может навредить двигателю, вызвать абразивный износ, даже с фазовращателями на впуске и выпуске и катколлектором. Подсос керамической пыли в двигатель попросту НЕВОЗМОЖЕН, особенно если углубиться и посмотреть диаграммы работы двигателя. Выпускные клапана на этапе впуска закрыты ВСЕГДА, когда давление в выхлопной системе превышает давление в камере сгорания. Поэтому керамическая пыль не может попасть в камеру сгорания и наделать задиров на юбках поршня и хоне цилиндров. Тем более при разборках таких двигателей (которые имеют явные задиры и разрушенный катализатор) никакие впрессованные частицы или частицы в масле или фильтрах нигде обнаружены не были. Максимум что может сделать катализатор — постепенно разрушиться и улететь в атмосферу, а вот последнее совершенно не полезно для людей, микрочастицы катализаторной пыли, попадая в легкие (вместе с сажей от дизельных двигателей и пылью выбитой шипами из асфальта) навсегда остаются там и постепенно, накапливаясь — вызывают СИЛИКОЗ, с рубцеванием и разрушением тканей легких и провоцированием развития рака. Как вам такой расклад — любители “псевдозеленых” технологий? Небольшое количество окисей азота и углеводородов покажутся просто страшилкой. Поэтому при малейших признаках разрушения — удаляйте катализатор, меняйте на пламегаситель, спасите жизни окружающих от керамической пыли.

-Вопреки все зеленеющим технологиям, при прогреве двигателя (особенно в мороз) катализатор не работает вообще, а для более быстрого прогрева комп начинает жутко богатить смесь. Адская углеводородная вонища с утра у стоянок (у некоторых богатит аж до черного коптящего дыма в самом начале прогрева — что там про безвредный выхлоп с катализатором?) от только что заведенной машины не только от того что катализатор не работает (если он еще есть…), но и от богатой смеси, предназначенной для прогрева этого самого катализатора. Выходит что авто, комп которых рассчитан на быстрый прогрев катализатора при запуске — загрязняет атмосферу гораздо сильнее, чем те, у которых катализатора нет изначально!

Правильно рассчитанный инжекторный двигатель, с широкополосной лямбдой, а также двигатель с непосредственным впрыском в катализаторе не нуждаются совершенно. Их выхлоп в нормальных режимах работы, а также при прогреве не содержит ничего вредного (высоких температур нет — окиси азота отсутствуют, смесь чуть бедная или нормальная, поэтому СО и СН в выхлопе тоже не будет), исключая режим работы с “прогревом” катализатора. Особенно бесполезен катализатор ДВС с непосредственным впрыском, т.к. их режимы работы предполагают почти постоянное обеднение смеси с разным соотношением воздух/топливо, вредные выбросы таких двигателей — минимальны.

-Наличие катализатора в системе приводит к росту расхода топлива (при прогреве и при низких температурах — к существенному росту, т.к. катализатор греется несгоревшим топливом), снижению момента и мощности (из-за дополнительного сопротивления в выхлопе), снижению надежности всей системы в целом и добавляет дополнительных расходов на поддержание всей систем в работоспособном состоянии — дополнительные дорогие лямбда-зонды, собственно сами катализаторы, усложнение конструкции выхлопной системы, вместе с ее утяжелением. Думаю многие заметили, что чем “экологичней” автомобиль — тем он дороже…

Вместо того, чтобы правильно настраивать двигатели и исключать появления в выхлопе окисей азота, углеводородов и моноксида углерода (таких способов сейчас существует огромное количество), производители навешали болванок с керамикой, которые еще и нужно прогревать несгоревшим топливом и повышенной температурой выхлопных газов. Т.е. мы жертвуем расходом топлива и ресурсом всей системы лишь ради того, чтобы катализатор всегда был нагрет как минимум до 300-400С, чтобы он мог дожигать несгоревшее топливо, которое подается с избытком для прогрева этого самого катализатора! Идиотизм, да и только…

Т.о. катализатор выхлопных газов был бы очень полезен во времена карбюраторных двигателей с постоянно богатой смесью и плавающей стехиометрией, из-за отсутствия нормальной обратной связи. Но в современных двигателях, очень точно регулирующих смесь до десятых долей %, имеющих широкополостные лямбда-зонды, высокоточные форсунки, а то и непосредственный впрыск применение катализаторов единственное — получение сертификата Евро с все возрастающей цифрой…к сожалению, все современные “экологичные и зеленые” системы и нормы придуманы лишь для одного — извлечения прибыли, из потребителей, организаций, автопроизводителей и всех остальных…все это не борьба за экологию…это борьба ЗА БАБЛО.

Катализаторы и ингибиторы

Автор: Пользователь скрыл имя, 13 Ноября 2011 в 21:58, контрольная работа

Описание работы

КАТАЛИЗ – процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами Катализаторы – вещества, изменяющие скорость химической реакции, которые могут участвовать в реакции, входить в состав промежуточных продуктов, но не входят в состав конечных продуктов реакции и после окончания реакции остаются неизменными. Каталитические реакции – реакции, протекающие в присутствии катализаторов.

Содержание

Введение ……………………………………………………………………. 3
Глава 1. Катализаторы и ингибиторы ……………………………………. 4
1.1 Видные деятели химии о катализе ……………………………. 7

Работа содержит 1 файл

Контрольная по КСЕ.doc

по дисциплине: “Концепции современного естествознания”

Темы: “Катализаторы и ингибиторы.

Проверила: Сидорова О.В.

Оценка работы: ____________

Глава 1. Катализаторы и ингибиторы ……………………………………. 4

1.1 Видные деятели химии о катализе ……………………………. 7

Глава 1. Катализаторы и ингибиторы.

КАТАЛИЗ – процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами Катализаторы – вещества, изменяющие скорость химической реакции, которые могут участвовать в реакции, входить в состав промежуточных продуктов, но не входят в состав конечных продуктов реакции и после окончания реакции остаются неизменными. Каталитические реакции – реакции, протекающие в присутствии катализаторов. Положительным называют катализ, при котором скорость реакции возрастает, отрицательным (ингибированием) – при котором она убывает. Примером положительного катализа может служить процесс окисления аммиака на платине при получении азотной кислоты. Примером отрицательного – снижение скорости коррозии при введении в жидкость, в которой эксплуатируется металл, нитрита натрия, хромата и дихромата калия. Катализаторы, замедляющие химическую реакцию, называются ингибиторами. В зависимости от того, находится катализатор в той же фазе, что и реагирующие вещества, или образует самостоятельную фазу, говорят о гомогенном или гетерогенном катализе. Примером гомогенного катализа является разложение пероксида водорода в присутствии ионов йода. Реакция протекает в две стадии:

Н О + I = H O + IO

Н O + IO = Н O + O + I

При гомогенном катализе действие катализатора связано с тем, что он вступает во взаимодействие с реагирующими веществами с образованием промежуточных соединений, это приводит к снижению энергии активации. При гетерогенном катализе ускорение процесса обычно происходит на поверхности твердого тела – катализатора, поэтому активность катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. На практике катализатор обычно наносят на твердый пористый носитель. Механизм гетерогенного катализа сложнее, чем у гомогенного. Механизм гетерогенного катализа включает пять стадий, причем все они обратимы:

1. Диффузия реагирующих веществ к поверхности твердого вещества.

2. Физическая адсорбция на активных центрах поверхности твердого вещества реагирующих молекул и затем хемосорбция их.

3. Химическая реакция между реагирующими молекулами.

4. Десорбция продуктов с поверхности катализатора.

5. Диффузия продукта с поверхности катализатора в общий поток.

Примером гетерогенного катализа является окисление SO в SO на катализаторе V O при производстве серной кислоты (контактный метод). Промоторы (или активаторы) – вещества, повышающие активность катализатора. При этом промоторы могут сами и не обладать каталитическими свойствами. Каталитические яды – посторонние примеси в реакционной смеси, приводящие к частичной или полной потере активности катализатора. Так, следы мышьяка, фосфора вызывают быструю потерю катализатором V O активности (контактный метод производства H SO). Многие важнейшие химические производства, такие, как получение серной кислоты, аммиака, азотной кислоты, синтетического каучука, ряда полимеров и др., проводятся в присутствии катализаторов. Биохимические реакции в растительных и животных организмах ускоряются биохимическими катализаторами – ферментами. Скорость процесса – чрезвычайно важный фактор, определяющий производительность оборудования химических производств. Поэтому одна из основных задач, поставленных перед химией научно-технической революцией, это поиск путей увеличения скорости реакций. Другая важная задача современной химии, обусловленная резко возрастающими масштабами производства химических продуктов,- повышение избирательности химических превращений в полезные продукты, уменьшение количества выбросов и отходов. С этим связана, кроме того, и охрана окружающей среды и более рациональное использование истощающихся, к сожалению, природных ресурсов. Для достижения всех этих целей нужны верные средства, и такими средствами служат прежде всего катализаторы. Однако изыскивать их не так просто. B процессе познания внутреннего устройства окружающих нас вещей ученые установили определенную градацию, иерархию уровней микромира. Мир, описываемый в нашей книге,- это мир молекул, взаимные превращения которых составляют предмет химии. Нас будет интересовать не вся химия, а только часть ее, посвященная изучению динамики изменения химической структуры молекул. Видимо нет надобности говорить о том, что молекулы построены из атомов, а последние- из ядра и окружающей его электронной оболочки; что свойства молекул зависят от природы составляющих их атомов и последовательности соединения их друг с другому что химические и физические свойства веществ зависят от свойств молекул и характера их взаимосвязи. Будем считать, что все это в общих чертах известно читателю, и потому главный упор сделаем на вопросах, связанных с представлением о скорости химических реакций. [7] Взаимные превращения молекул протекают с самой различной скоростью. Скорость можно изменять, нагревая или охлаждая смесь реагирующих молекул. При нагревании скорость реакции, как правило, возрастает, но это не единственное средство ускорения химических превращений. Существует еще один, более эффективный способ – каталитический, широко используемый в наше время в производстве самых разнообразных продуктов. Первые научные представления о катализе возникли одновременно с развитием атомной теории строения вещества. В 1806 г., через год после того, как один из создателей современной атомистической теории Дальтон сформулировал в “Записках Манчестерского литературного и философского общества” закон кратных отношений, Клеман и Дезорм опубликовали подробные данные об ускорении процесса окисления сернистого газа в присутствии окислов азота при камерном производстве серной кислоты. Шесть лет спустя в “Технологическом журнале” Кирхгоф изложил результаты своих наблюдений об ускоряющем действии разбавленных минеральных кислот на гидролиз крахмала до глюкозы. Этими двумя наблюдениями была открыта эпоха экспериментального изучения необычных для того времени химических явлений, которым шведский химик Берцелиус дал в 1835 г. общее название “катализ” от греческого слова “каталоо” – разрушать. Такова, в двух словах, история открытия катализа, который с полным основанием следует отнести к одному из фундаментальных явлений природы. Теперь я хочу дать современное и наиболее общепринятое определение катализа, а затем и некоторую общую классификацию каталитических процессов, так как именно с этого начинается любая точная наука. Как известно, “физика – это то, чем занимаются физики (то же самое можно сказать и о химии)”. Следуя этому наставлению Бергмана, можно было бы ограничиться утверждением, что “катализ – это то, чем занимаются и химики и физики”. Но, естественно, такого шутливого объяснения недостаточно, и со времен Берцелиуса давалось множество научных определений понятию “катализ”. На наш взгляд наилучшее определение сформулировано Г. К. Вересковым: “Феноменологически катализ можно определить как возбуждение химических реакций или изменение их скорости под действием веществ – катализаторов, многократно вступающих в промежуточные химические взаимодействия с участниками реакции и восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой химический состав”. Самое странное в этом определении его заключительная часть – вещество, ускоряющее химический процесс, не расходуется. Если нужно ускорить движение тяжелого тела, его подталкивают и, следовательно, затрачивают на это энергию. Чем больше потрачено энергии, тем большую скорость приобретает тело. В идеальном случае количество затраченной энергии будет точно равно приобретенной телом кинетической энергии. В этом проявляется фундаментальный закон природы – сохранение энергии.

Читать еще:  Ситроен гранд пикассо с4 фото

1.1 Видные деятели химии о катализе.

И. Берцелиус (1837):

“Известные вещества оказывают при соприкосновении с другими веществами такое влияние на последние, что возникает химическое действие,- одни вещества разрушаются, другие образуются вновь без того, чтобы тело, присутствие которого вызывает эти превращения, принимало в них какое-либо участие. Мы называем причину, вызывающую эти явления, каталитической силой”.

“Каталитические явления можно объяснить известными свойствами материи, не снабжая ее при этом никакой новой силой”.

“Катализ представляет вызываемое внешними причинами изменение строения молекулы, имеющее следствием изменение химических свойств”.

“Я пришел к выводу, что катализ осуществляется в результате реакции, а не простого присутствия вещества”.

“Каталитически действующие тела, притягивая к себе движущиеся молекулы гораздо сильнее, чем тела, лишенные каталитического действия, тем самым увеличивают силу удара, попадающих на их поверхность молекул”.

Г. К. Боресков (1968):

“Когда-то катализ рассматривался как особое, немного таинственное явление, со специфическими законами, раскрытие которых должно было сразу в общей форме решить задачу подбора. Сейчас мы знаем, что это не так. Катализ по своей сущности – химическое явление. Изменение скорости реакции при каталитическом воздействии обусловлено промежуточным химическим взаимодействием реагирующих веществ с катализатором”.

Если не принимать во внимание неудачную попытку Берцелиуса связать наблюдаемые явления с действием скрытой “каталитической силы”, то, как можно заметить из приведенных выступлений, дискуссия шла в основном вокруг физических и химических аспектов катализа. Длительное время особенно популярной была энергетическая теория катализа, связывающая процесс возбуждения молекул с резонансной миграцией энергии. Катализатор вступает во взаимодействие с реагирующими молекулами, образуя неустойчивые промежуточные соединения, которые распадаются с выделением продукта реакции и химически неизменного катализатора. Современные наши знания лучше всего отражены в высказывании Борескова. Здесь, однако, возникает вопрос, а не может ли катализатор, поскольку он сам химически участвует в реакции, создать новое равновесное состояние? Если бы это было так, то идея о химическом участии катализатора немедленно вступала бы в противоречие с законом сохранения энергии. Чтобы избежать этого, ученые были вынуждены принять, а затем и экспериментально доказать, что катализатор ускоряет реакцию не только в прямом, но и в обратном направлениях. Те же соединения, которые изменяют и скорость и равновесие реакции, в строгом смысле этого слова не являются катализаторами. [7] Мне остается добавить, что обычно в присутствии катализатора имеет место ускорение химических реакций, и это явление называют “положительным” катализом в отличие от “отрицательного”, при котором введение катализатора в реакционную систему вызывает снижение скорости. Строго говоря, катализ всегда повышает скорость реакции, но иногда ускорение одной из стадий (например, появление нового пути обрыва цепей) приводит к наблюдаемому торможению химической реакции. Я буду рассматривать только положительный катализ, который принято подразделять на следующие типы:

а) гомогенный, когда реакционная смесь и катализатор находятся или в жидком или в газообразном состоянии;

б) гетерогенный – катализатор находится в виде твердого вещества, а реагирующие соединения в виде раствора или газообразной смеси; (Это наиболее распространенный тип катализа, осуществляемого, таким образом, на границе раздела двух фаз.)

в) ферментативный – катализатором служат сложные белковые образования, ускоряющие течение биологически важных реакций в организмах растительного и животного мира. (Ферментативный катализ может быть как гомогенным, так и гетерогенным, но из-за специфических особенностей действия ферментов целесообразно выделение этого вида катализа в самостоятельную область.)

Урок по химии на тему “Катализаторы и ингибиторы. Катализ”

Как организовать дистанционное обучение во время карантина?

Помогает проект «Инфоурок»

Тема урока Катализаторы и ингибиторы. Катализ: гомогенный и гетерогенный. Развитие науки каталитической химии в Казахстане.

Средняя школа села Пионерское.

ФИО учителя: Разумовская Наталия Анастасовна

Цели обучения, которые будут достигнуты с помощью данного урока

Учащиеся узнают, как влияют добавки различных веществ к реагирующей смеси на скорость реакции, познакомятся с новыми понятиями: автокатализ, ингибиторы, каталитические яды, ферменты, узнают о вкладе казахстанских ученых в теорию и практику гетерогенного катализа.

Все учащиеся смогут: объяснить сущность гомогенного и гетерогенного катализа

Большинство учащихся будут уметь: анализировать связи между скоростью реакции и присутствием некоторых веществ

Учащиеся могут: давать определение новым понятиям по теме.

Ключевые слова и фразы: гомогенная фаза, гетерогенная фаза, энергия активации, промежуточные соединения.

Стиль языка, подходящий для диалога/письма в классе: беседа

Является продолжением изучения темы. Тема данного урока является логическим продолжением изучения формирование мышления в изучении основной темы. А так же продолжаем формировать навыки самостоятельной работы.

Видеоролик (создание доброжелательной атмосферы). Сообщение учителем плана работы на уроке. О взаимо- и самооценивании учащихся в течении всех этапов урока и о дополнительном балле учителя за активную работу.

Проверка домашнего задания. Самооценивание

Самостоятельная работа – из предложенных уравнений химических реакций определить гомогенные и гетерогенные реакции. Взаимооценивание.

Самостоятельное изучение нового материала методом «Чтение с пометками».

Диалог учителя и учеников по новому материалу темы, новые термины. Резюме. Выводы.

5. Сообщение о казахстанском ученом

6. Видеоматериал о катализе

7. Закрепление нового материала. Составить «тонкие» и «толстые» вопросы по образцу.

8. Домашнее задание № 7 стр 100, найти дополнительные сведения о Д.В. Сокольском.

1 Видеоролик, инструкция по оцениванию, лист оценивания.

2. Учебник, стр 96 по вопросам.

3. Карточка с уравнениями, документ – камера, интерактивная доска.

4.Параграф № 3.9, простой карандаш.

5. Историческая справка.

7.Образец вопросов, документ –камера, интерактивная доска.

8. Учебник, школьная библиотека, интернет ресурсы.

9. Итоговое самостоятельное оценивание.

+дополнительный балл учителя

«Оцени свою работу на уроке»

Зеленый кружочек – я все понял, могу идти дальше,

Желтый кружочек – внимание, я еще ошибаюсь,

Красный кружочек – мне нужна помощь учителя или одноклассников.

Спасибо за урок.

9. Лист оценивания, критерии оценивания.

10.Кружочки трех цветов.

открытого урока химии

Дата: 20.12.2016 г.

Тема: « Катализаторы и ингибиторы. Катализ: гомогенный и гетерогенный. Развитие науки каталитической химии в Казахстане »

Учитель: Разумовская Н. А.

Данный урок в системе носит ознакомительный характер, тип урока комбинированный. Урок был начат с организационного момента, который позволил организовать труд учащихся. Ознакомление с материалом темы достигалось путем введения различных видов деятельности. На этом уроке достигались следующие цели:

Все учащиеся смогут: объяснить сущность гомогенного и гетерогенного катализа

будут уметь: анализировать связь между скоростью реакции и присутствием некоторых веществ , с могут: давать определение новым понятиям по теме.

В начале урока – создание коллаборативной среды, доброжелательной атмосферы, (показ видеоролика), сообщение плана урока учащимся, учитель сообщает о взаимо- и самооценивании учащихся в течение всех этапов урока и о дополнительном балле учителя за активную работу. Объясняется инструкция по работе с оценочным листом.

Проверка домашнего задания. Самооценивание

Самостоятельная работа – из предложенных уравнений химических реакций определить гомогенные и гетерогенные реакции. Взаимооценивание.

Самостоятельное изучение нового материала методом «Чтение с пометками».

Диалог учителя и учеников по новому материалу темы, новые термины. Резюме. Выводы по товой теме .

5. Сообщение о казахстанском ученом

6. Видеоматериал о катализе

7. Закрепление нового материала. Составление «тонких» и «толстых» вопросов по образцу.

8. Домашнее задание № 7 стр 100, найти дополнительные сведения о Д.В. Сокольском.

. Итоговое , самостоятельное оценивание своей работы на уроке по критериям

+дополнительный балл учителя

«Оцени свою работу на уроке»

Зеленый кружочек – я все понял, могу идти дальше,

Желтый кружочек – внимание, я еще ошибаюсь,

Красный кружочек – мне нужна помощь учителя или одноклассников.

Большинство детей справились с заданиями. Показали, что они умеют применять полученные знания на практике, при выполнении упражнений по теме. В завершении урока дети отвечали на вопросы учителя, составляли «тонкие» и «толстые» вопросы.

Рефлексия показала, что материал урока в основном всем понятен, большинство выбрали оценку своей работе как – «я все понял, могу идти дальше». Три человека ответили, что им нужна помощь.

Урок был насыщенным, интересным учащиеся показали свои знания по химии. Качество знаний на уроке составило 55%. Конец урока был организован до звонка.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector