Использование химических катализаторов ещё и экологично. Без них реакции пришлось бы ускорять путём повышения температуры и давления. А это означает сжигание миллионов тонн топлива, что неизбежно увеличило бы вредные выбросы в атмосферу.

Катализаторы позволили значительно снизить расход реагентов. Например, раньше эпоксиэтилен С₂H₄O, важный компонент для синтеза антифриза, получали в три стадии — вместе с вредными побочными продуктами. Катализатор (серебро, активированное хлором) позволил уменьшить количество стадий до одной, а из вредных выбросов осталось лишь немного CO

​Катализ и чёрное золото

Транспортировка реактора гидроочистки нефти

Доля тяжёлых остатков нефти (их ещё называют «дно бочки») в добыче жидких углеводородов со временем будет увеличиваться.

Нефтяные ресурсы истощаются: лёгкой нефти становится всё меньше — приходится выкачивать тяжёлую и высоковязкую. Ключевую роль в её переработке играют ­катализаторы. Увеличение выхода бензина из тяжёлых остатков (мазут) всего на 1% снизит потребность США в импорте нефти на миллионы баррелей в год!

Рециркуляция отработанных газов

EGR (Exhaust Gas Recirculation) — система в двигателях внутреннего сгорания, направляющая отработанные выхлопные газы обратно в цилиндры. Это делается для снижения расхода топлива и количества вредных выбросов.

Дело в том, что при сгорании топлива азот «крадёт» кислород из топливной смеси. А это уменьшает экономичность и мощность мотора. Повторная подача в цилиндры охлаждённых выхлопных газов снижает температуру — кислород перестаёт реагировать с азотом. В итоге падает расход топлива и количество вредных выбросов, а каталитический нейтрализатор работает эффективнее. 

AdBlue

Для селективной нейтрализации вредных выхлопов применяют мочевину (NH ₂)₂CO₃. Этот способ получил название AdBlue. Система впрыскивает мочевину порциями в горячий выпускной тракт дизельного двигателя, где она сразу же разлагается:

(NH

Далее аммиак Nh4 нейтрализует оксиды азота:

NO + NO

Преимущество такого метода в возможности использования в дизельных моторах, выхлопные газы которых бедны кислородом, отчего использование трёхкомпонентных каталитических нейтрализаторов становится невозможно.

Помимо экономической выгоды стоит сказать и об экологической: одно только удаление серы и азота снижает токсичность выхлопных газов автомобилей в несколько раз. В воздух перестают попадать серная кислота и ядовитые оксиды, образующиеся в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания.

Катализатор гидроочистки

Для удаления атомов N и S и внедрения атомов Н используют катализаторы гидроочистки нефти. Типичным примером такого соединения является дисульфид молибдена MoS ₂ с кобальтом или никелем, покрытый оксидом алюминия Al₂O₃. Самые стойкие к гидрированию молекулы приходится атаковать дорогостоящими катализаторами, в которых молибден заменён на вольфрам.

Дисульфид молибдена

Ферменты (Каталитические клубки)

Высокоточными природными катализаторами являются белки-ферменты, или энзимы. Их активность зависит от конфигурации клубка, в ­который сворачивается молекула. Существует 6 классов ферментов.

Оксиредуктазы отвечают за окисление и восстановление веществ.

Трансферазы транспортируют химические группы от одной молекулы к другой.

Лиазы — агрессивные катализаторы, разрывающие связи без гидролиза.

Лигазы — ферменты-строители, способные формировать химические связи.

Изомеразы отвечают за преобразование структуры молекул и изомеризацию.

Защитники природы

Заслуги катализаторов перед экологией не сводятся к перечисленным выше. Существует целая группа химических ускорителей, отвечающих непосредственно за чистоту воздуха (их называют каталитическими нейтрализаторами). Их задача — связывать угарный газ, оксиды азота и серы, а также недогоревшие органические соединения различной природы. Весь этот букет присутствует в выхлопных газах автомобилей и дымах промышленных предприятий. Каталитические нейтрализаторы превращают эти яды в менее токсичные вещества типа H

Оксид ванадия под микроскопическим увеличением

Трёхкомпонентный каталитический нейтрализатор стал чрезвычайно удачным образцом химического инжиниринга и ставится сейчас практически в каждый автомобиль. На пористом керамическом монолите, покрытом тонким слоем платины и родия, проходят трансформацию три главных загрязнителя: CO, NO и несгоревшие углеводороды. Реакции выглядят так:

СО + О

С

NO + CO = N

Доля кислорода в этих процессах должна регулироваться, потому что его избыток может пойти на полное окисление угарного газа, и, как следствие, оксиды азота останутся в составе выхлопных газов. Уровень кислорода контролируется лямбда-зондом, который подаёт корректирующие сигналы двигателю о составе топливно-воздушной смеси. Оптимальным является соотношение воздуха и топлива в пропорции 14,7:1.

Рабочий диапазон каталитического нейтрализатора лежит в пределах от 3500 до 6500°С, что создаёт трудности при холодном запуске двигателя.

Нейтрализатор

Автомобильные нейтрализаторы впервые внедрили в массовое производство в США в 1975 году. Это стало одной из мер по борьбе с удушающими смогами, которые накрывали мегаполисы с их избытком автомобилей.

Непрогретый катализатор не выполняет защитную функцию, и в воздух попадают все три токсичных отхода: СO, NO и С _xH_y. Именно поэтому в некоторых странах (к примеру, скандинавских) запрещено прогревать мотор на холостых оборотах — только в движении. Так быстрее.

Промышленные выбросы, содержащие оксид серы SO

Экологические последствия кислотных дождей

Многие промышленные предприятия стали попутно серную кислоту производить! Бороться с NО _x в дымовых трубах пришлось более сложными методами — добавляя восстановитель-аммиак и катализатор на основе оксидов титана и ванадия. Каталитическая реакция в полном виде:

4NH

Каталитическая химия находится в зените славы — её достижения экономят гигантские ресурсы и помогают бережно относиться к природе. В то же время это одна из самых сложных и малоизученных областей химии, а значит, главные каталитические прорывы ещё впереди.

Тэги:

химиянефтьнефтехимияпроизводствонефтепереработка

Теплота реакции | Определение и факты

энергетические профили для каталитических и термических (некаталитических) реакций

Просмотреть все средства массовой информации

Ключевые люди:

Юлиус Томсен

Похожие темы:

механизм реакции Закон Гесса

Просмотреть весь связанный контент →

теплота реакции , также называемая энтальпия реакции , количество тепла, которое необходимо добавить или отвести во время химической реакции, чтобы поддерживать все присутствующие вещества при одинаковой температуре. Если давление в сосуде, содержащем реагирующую систему, поддерживается на постоянном уровне, измеренная теплота реакции также представляет собой изменение термодинамической величины, называемой энтальпией, или теплосодержанием, сопровождающее процесс, т. е. разницу между энтальпией вещества, присутствующие в конце реакции, и энтальпия веществ, присутствующих в начале реакции. Таким образом, теплота реакции, определяемая при постоянном давлении, также обозначается энтальпией реакции, обозначаемой символом Δ Н . Если теплота реакции положительна, то говорят, что реакция эндотермическая; если отрицательный, экзотермический.

Прогнозирование и измерение тепловых эффектов, сопровождающих химические изменения, важны для понимания и использования химических реакций. Если сосуд, содержащий реагирующую систему, изолирован так, что тепло не поступает в систему и не выходит из нее (адиабатические условия), тепловой эффект, сопровождающий превращение, может проявляться в повышении или понижении температуры, в зависимости от обстоятельств. присутствующих веществ. Точные значения теплот реакций необходимы для правильного проектирования оборудования, используемого в химических процессах.

Еще из Britannica

термодинамика: энтальпия и теплота реакции

Поскольку измерение теплоты для каждой протекающей реакции нецелесообразно, а для некоторых реакций такое измерение может быть даже неосуществимым, принято оценивать теплоту реакции на основе подходящих комбинаций скомпилированных стандартных тепловых данных. Эти данные обычно принимают в виде стандартных теплот образования и теплот сгорания. Стандартная теплота образования определяется как количество тепла, поглощенного или выделенного при 25°C (77°F) и давлении в одну атмосферу, когда один моль соединения образуется из составляющих его элементов, причем каждое вещество находится в своем нормальном физическом состоянии. (газообразное, жидкое или твердое). Теплоте образования элемента произвольно присваивается нулевое значение. Стандартная теплота сгорания определяется аналогичным образом как количество теплоты, выделяющееся при 25°С и давлении в одну атмосферу, когда один моль вещества сгорает в избытке кислорода. Метод расчета теплот реакций по измеренным значениям теплот образования и сгорания основан на принципе, известном как закон суммирования теплот Гесса.

Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и дополнена Эриком Грегерсеном.

Теория переходного состояния | Определение и факты

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• В этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.