21Фев

Как выглядит катализатор: Автомобильный блог | Обзоры, Тест-драйвы, ПДД и советы по обслуживание автомобилей

Содержание

5 автомобилей, в которых нельзя вырезать катализатор

Фото: carnovato.ru

Среди российских автомобилистов стало модно удалять из выхлопной системы отработавший свой срок катализатор. Вместо него устанавливают пламегаситель, что позволяет сэкономить достаточно приличную сумму, ведь катализатор — не дешёвая деталь. Однако мало кто из водителей задумывается о том, что подобные изменения совсем не идут на пользу двигателю, более того, есть модели автомобилей, у которых категорически нельзя удалять катализатор.

Что будет после удаления?

Автомастерские, которые зарабатывают на удалении катализаторов, обычно рассказывают, что после их работы машина начнёт меньше расходовать топлива, увеличится мощность. Но самое главное — автовладельцу больше не придётся переживать о керамической крошке, которая может попасть в двигатель и сломать его. На самом деле автомобилист получит и ещё кое-что. Например, сильный шум при работе двигателя, который приправляется неприятным запахом от выхлопных газов.

Фото: drive2.ru

Когда катализатор нельзя удалить?

Есть и ещё один неприятный момент, с которым сталкиваются владельцы машин с моторами объёмом 1,4 и 1,6 литра. На таких автомобилях катализатор располагается в выпускном коллекторе и является неотъемлемой и важной частью выхлопной системы. После удаления катализатора некоторые автомобилисты стали замечать, что с двигателем произошли какие-то изменения, и они совсем не положительные.

Автомобилисты обратили внимание на то, что примерно через 20 тысяч километров пробега без катализатора их машины начали расходовать моторное масло, а двигатель стал работать ощутимо громче. Опытные мастера в автосервисе объяснили это явление тем, что на некоторых моделях автомобилей, удаление катализатора приводит к падению давления в моторе, из-за чего и появляется масложор. Больше всего такой проблеме подвержены такие машины, как KIA Rio и Hyundai Solaris с моторами 1,4 литра, Mazda 3, Renault Logan с 16-клапанным двигателем, а также Volkswagen Golf с мотором 1,2 литра.

При использовании любых материалов необходима активная ссылка на DRIVENN.RU

Что произойдет с авто, если из него вырезать катализатор?

Фото: a.d-cd.net

Любой современный автомобиль в обязательном порядке оснащается катализатором, он устанавливается в выхлопной трубе и необходим для снижения вредных выбросов в атмосферу. При этом катализатор негативно сказывается на мощности мотора и ускоряет его износ из-за керамической крошки, летящей от катализатора. По этой причине многие автомобилисты удаляют катализатор, но не вредит ли это машине?

Пробка на выхлопной трубе

Примерно к 100 тысячам километров пробега катализатор основательно забивается сажей и превращается в постепенно разрушающуюся пробку. Машина начинает заметно больше потреблять топлива, мощность снижается, а на приборной панели загорается лампочка «Check Engine». Всё это говорит о необходимости заменены катализатора на новый. Но стоимость новой детали довольно высока и по этой причине многие водители решают вовсе удалить катализатор.

Фото: a.d-cd.net

Пламегаситель

Обычно вместо катализатора устанавливают пламегаситель. Ведь если просто вырезать катализатор из трубы, то машина будет громко рычать при каждом нажатии педали газа. Но переделка на этом не заканчивается. В районе катализатора установлен ещё и датчик кислорода, который передаёт данные в ЭБУ. Вместо этого датчика придётся ставить обманку, она, в отличие от настоящего датчика, всегда передаёт одно и то же значение. Также может потребоваться и перепрошивка блока управления двигателем, чтобы прибавить машине мощности.

Фото: www.otrav.ru

Вредно ли это для автомобиля?

От подобной переделки никакого вреда автомобилю не будет, да и особой пользы тоже. Вред будет нанесён только экологии. Но даже если бы катализаторы стоили очень дёшево, то всё равно многие автомобилисты продолжили их вырезать, чтобы увеличить мощность своих машин. Поэтому для сохранения природных ресурсов государству рано или поздно придётся ввести особый контроль за токсичностью выхлопа в автомобилях.

Замена катализатора на ВАЗ 2114

Катализатор представляет собой агрегат, способствующий разрушению соединений азота, которые в свою очередь довольно негативно влияют на окружающую среду. С помощью этого устройства азотные соединения превращаются в воду, азот и оксиды углерода, являющиеся совершенно безвредными для атмосферы.

Принцип работы

Как и всякий агрегат, со временем он может выйти из строя, и тогда замена катализатора на ВАЗ 2114 неизбежна. В зависимости от того, в каком году выпущен автомобиль, на него устанавливается катализатор, соответствующий нормам Евро-2 (2003–2008) или Евро-3 (2008–2013).

Возможные поломки

В большинстве случаев данный агрегат начинает давать сбои после того, как автомобиль проходит более 150 000 километров. Так что эти поломки можно отнести, скорее, к возрастным проблемам авто. Внутри любого катализатора расположены керамические соты, которые со временем могут разрушаться и уже не блокировать выброс вредоносных газов в атмосферу.

Забитые соты

Давление в выхлопной системе значительно увеличивается, так как отработанные выхлопные газы устремляются обратно в двигатель, в результате чего мотор теряет мощность и начинает «задыхаться».

Первые признаки неисправности

  1. Значительно ухудшилась динамика машины.
  2. Проблематично запускается двигатель.
  3. Внутри автомобиля ощущается запах серы.
  4. На холостом ходу мотор работает нестабильно.

Если вы почувствовали, что автомобиль стал ехать хуже, в первую очередь стоит проверить катализатор. Но, к большому сожалению, в домашних условиях это сделать довольно-таки не просто, так как для диагностики понадобятся специальные приборы. И все же парочка способов проверки есть.

Проверка манометром

Способ первый. На место, где устанавливается лямбда зонд, следует вкрутить манометр. Затем запустить двигатель и посмотреть, какое давление в выхлопной системе. Если оно превышает отметку в 0,5 атмосферы, это первый признак того, что катализатор неисправен.

Пирометр

Способ второй. В этом случае нужно использовать дистанционный пирометр и проверить температуру до и после катализатора. При неисправном устройстве температура до и после катализатора будет одинаковой. Это значит, что внутренние соты разрушены и функция пламегашения нарушена. В этом случае должна быть произведена замена катализатора на ВАЗ 2114. Если же устройство исправно, тогда температура до него будет на порядок выше, чем после. В зависимости от того, какой силовой агрегат установлен на автомобиле, восьми или шестнадцати клапанный, замена катализатора имеет свои нюансы.

Подробнее о способах проверки в этом видеоролике:

Замена устройства на 8-ми клапанном моторе

Недорогой ремонт

На двигателе ваз 2114 с восемью клапанами катализатор расположен за выпускным коллектором, но перед резонатором непосредственно на днище машины. Многие автолюбители пренебрегают заменой этого устройства, ошибочно считая, что оно никак не влияет на загрязнение окружающей среды и не мешает нормальной работе двигателя. Но, увы, это не так. Многие даже умудряются установить вместо катализатора обыкновенную гофрированную трубу, что значительно повышает шум в салоне авто, и, самое главное, приводит к быстрому разрушению самого глушителя. Для того чтобы осуществить недорогой ремонт устройства, нужно вырезать в нем небольшой участок и выбить из него керамические соты. Затем произвести сварку, тем самым заделав корпус. Но при таком ремонте нужно быть готовым к тому, что шум в салоне авто будет сопровождать вас повсюду. Самый лучший вариант, это замена заводского катализатора на эффективно работающий пламегаситель.

Установленный пламегаситель

Такое устройство можно собрать как собственными руками, так и обратиться за помощью к специалистам на любую СТО.

Конструкция пламегасителя

Также можно приобрести новый катализатор в магазинах автозапчастей. Замена неисправного устройства на новое займет не более одного часа. Но вы будете уверены, что это никак не повлияет на показания датчика, так как он устанавливается до катализатора.

Замена устройства на 16-ти клапанном моторе

Катализатор на 16-клапанный двигатель

В этом случае катализатор расположен совместно с выхлопным коллектором, и его стоит искать под капотом автомобиля, в непосредственной близости от блока цилиндров. Для замены агрегата нам нужен катализатор с нулевым сопротивлением, или – как его называют в народе – «паук». Произвести замену устройства вполне возможно в собственном гараже. Первый нюанс при замене агрегата – это демонтаж топливной рампы. Второй – это наличие двух лямбда зондов. Первый расположен прямо на катализаторе и отвечает за настройку топливной системы. Второй же находится уже после него, на фланце. Очень часто его называют «экологическим». При неисправности лямбды датчик выдает ошибку, впрыск топлива начинает работать неправильно, в результате чего повышается тяга и, соответственно, расход топлива. Для решения этой проблемы также существует два способа. Первый – это приобрести «паук» с одним регулятором и прошить блок электроники с версии Евро-3 на Евро-2. Но здесь есть одно НО, на таком пауке всего одна резьба, и она находится на фланце. Значит, для установки устройства придется собрать удлинитель, состоящий из проводов и двух разъемов, именуемых в народе «папа-мама». Второй же, это приобрести «паук» с двумя регуляторами и просто установить его на свое штатное место. В этом случае перенастраивать электронику не нужно.

Несколько мифов

Установка проставок вредит автомобилю и окружающей среде

Кто-то специально снимает катализатор, а кто-то не обращает никакого внимания на неисправный агрегат. В результате этого в народе появилось несколько мифов об этом устройстве:

  1. Первое заблуждение – после избавления от этого агрегата автомобиль заметно прибавляет в своей мощности. По каким причинам оно возникло – неизвестно.
  2. Второе – силовой агрегат с катализатором «задыхается». Полный абсурд. Если катализатор исправен, двигатель функционирует нормально.
  3. Откуда появился миф о том, что с забитым катализатором мотор становится более экологически чистым, вообще не понятно. Забитый агрегат в разы больше вредит как вашему автомобилю, так и окружающей среде.

Исходя из вышесказанного, следует постоянно следить за исправностью этого устройства и при первой необходимости производить своевременную замену катализатора на ВАЗ 2114 или заменять его функциональным пламегасителем. Оба эти варианта достаточно эффективны.

Видео

Подробно о том, зачем нужен катализатор и как он работает:

Читайте также другие наши статьи:

Как выглядит забитый катализатор

На чтение 18 мин. Просмотров 44 Обновлено

Как проверить катализатор на противодавление. Три способа выявить забитый катализатор

В статье описаны принципы проверки катализатора в домашних условиях. Благодаря трем проверенным способам вы сможете сами проверить катализатор и вовремя распознать забитый катализатор.

Проверять катализатор нет необходимости до тех пор, пока вы не заметите следующие симптомы:

Авто словно «с якорем» набирает и едет очень туго до определенной скорости, после чего у двигателя словно просыпается второе дыхание, он начинает работать в привычном режиме.
Кроме того, эта проблема идет по нарастающей, т. е. авто сначала с трудом набирает 150, потом 120, а через некоторое время с огромным трудом преодолевает отметку в 100 км/час.
В некоторых самых тяжелых случаях мотор и вовсе может не запуститься.

Причиной всех вышеописанных симптомов могут быть разные части двигателя, однако не редко проблемы с динамикой начинаются именно когда его пропускная способность снизилась до критической отметки или когда в выхлопной системе полностью забитый катализатор. Производительность двигателя снижается в результате существенного ухудшения вентиляции цилиндров, силовой агрегат не может «вдохнуть» требуемое количество воздуха из-за того, что увеличено противодавление катализатора. Другими словами часть выхлопа застревает в цилиндрах, не позволяя топливно-воздушной смеси как следует заполнить пространство камеры сгорания, кроме того это ведет к разбавлению последней, как результат — снижение мощности (тяги) ухудшение динамики.

Что и почему забивает катализатор?

-Забитый катализатор — результат длительного нарушения в системе выхлопа и двигателе в целом. Причиной может стать повешенное содержание масла в выхлопе, например тогда когда мотор «кушает» масло, а владелец долго ничего не предпринимает по этому поводу.
-Катализатор забивается из-за того, что его пропускные соты довольно малы и для того чтобы забить их не требуется много времени, достаточно несколько капель, которые приклеиваются намертво при высокой температуре.
-Топливо низкого качества — довольно часто становится причиной того, что забивается катализатор. Остатки топлива, которые не сгорели в цилиндрах — догорают в выпускном коллекторе, вызывая перегрев или оплавление катализатора.
-Следующий негативно влияющий на состояние катализатора фактор — дорога вернее то, что у нас принято называть дорогой. Ухабы и бугры, а также любые повреждения механического характера типа удар о «лежачий полицейский» или бордюр может нанести сокрушающий удар хрупкой начинке катализатора. Соты катализатора забивает мелкая крошка, которая отлетела от поврежденной соты.

Теперь собственно о том как проверить катализатор на противодавление?

Три способа выявить забитый катализатор

1. Наиболее простым способом распознать забитый катализатор считается — полный демонтаж катализатора и последующий его визуальный осмотр на предмет просвета в нем. Крепление катализатора иногда настолько прикипает, что снять его получается только при помощи болгарки или других аналогичных приспособлений. Кроме того, конструкции выхлопных систем некоторых производителей настолько замысловатые, что для их демонтажа может потребоваться не один день, в некоторых сложных случаях снять выхлопную вообще не представляется возможным.

2. Самый верный способ как проверить катализатор на противодавление состоит в том, чтобы измерить давление в выпускной системе. Чтобы это сделать нужно вместо первого кислородного датчика, используя переходник, вкрутить манометр, после чего снять показания в разных режимах работы мотора. Общепринятым значением является давление 0,3 кгс/см2 при оборотах 2500 в минуту. Есть правда у этого способа свои недостатки, иногда бывает очень неудобно снимать датчик для проверки этой процедуры. Кроме того, датчики довольно крепко прикипают к выпуску, поэтому для того чтобы их снять приходится изрядно повозиться.

3. Третий способ можно считать самым техничным, поскольку он предусматривает измерение противодавления посредством мотор-тестера. Принцип такой: в место свечи в цилиндр устанавливается специальный датчик давления, после чего производится анализ осциллограммы на повышенных оборотах.

Если давление в выпускной системе превышает 200 кПа, что равно почти 2 кгс/см2 — нужна замена катализатора.

Каталитический нейтрализатор (или другое название катализатор) устанавливается на все современные автомобили, предназначен для очистки выпускных газов от вредных примесей, снижает уровень токсичности выхлопа. Но если забился катализатор, возникают трудности с динамикой, возрастает потребление топлива, появляются и некоторые другие нехорошие признаки. Засорение происходит по разным причинам, но в любом случае при определенном пробеге каталитический нейтрализатор (КН) выходит из строя, соответственно, подлежит замене.

Так как эта автомобильная деталь стоит достаточно дорого, у многих автовладельцев возникает разумный вопрос: что делать, если средства ограничены, можно ли как-нибудь обойти эту проблему? Решение такой задачи – удаление каталитического элемента, но просто так его нет убрать нельзя, следует произвести механические и по необходимости программные доработки. В этой статье мы рассмотрим признаки и причины загрязнения катализатора, и как решаются подобные вопросы.

Симптомы засорения катализатора

Каталитические нейтрализаторы в среднем служат от 100 до 250 тысяч километров, ресурс КН во многом определяется конкретной моделью автомобиля. На каком пробеге забивается катализатор, также в большой степени зависит от различных факторов:

  • от стабильности работы топливной системы;
  • правильно выставленного зажигания;
  • температурного режима двигателя;
  • состояния поршневой группы ДВС;
  • попадания эмульсии в масляный картер мотора;
  • исправности кислородного датчика.

Еще КН может выйти из строя из-за сильного удара по трубе глушителя, разрушаются довольно хрупкие керамические соты, но существуют и металлические катализаторы, они более стойко переносят удары. Основные симптомы неисправного нейтрализатора:

  • уменьшилась мощность ДВС: нет нормального разгона, появились провалы;
  • в машине пахнет выхлопными газами;
  • возросло потребление горючего;
  • загорается лампа Check Engine на приборной панели.

Определить, что забился катализатор, также можно по затрудненному пуску двигателя, по недостаточному количеству выхлопа из трубы глушителя. Но чтобы точно убедиться в неисправности этого элемента, необходимо провести диагностику.

Последствия засорения катализатора

При забивании КН нарушается нормальная работа движка, и как следствие, необходима замена или удаление катализатора. Как-то серьезно на ресурс мотора неисправный каталитический нейтрализатор не влияет, хотя существует вероятность при плохой динамике перегреть двигатель. Еще есть гипотеза, что последствием разрушения каталитического нейтрализатора может стать попадание частичек керамики в камеры сгорания мотора, из-за чего в цилиндрах появляются задиры, выходит из строя поршневая группа (то есть, требуется капитальный ремонт). Но по закону физики при такте выпуска выхлопные газы не должны идти в обратном направлении, хотя такое можно предположить, если нарушены фазы газораспределения.

Может ли забиться катализатор на дизельном моторе? Безусловно, да, но только такой элемент системы выпуска на дизеле обычно называют сажевым фильтром (СФ), и он в основном предназначен для очистки выхлопных газов от сажи. Срок службы фильтров – так же в среднем 100-250 тыс. км, но в российских условиях из-за плохого качества солярки они забиваются грязью во многих случаях раньше. Признаки засорения СФ:

  • повышенная дымность выхлопа;
  • ухудшение тяги;
  • увеличенный расход горючего;
  • загорание лампы диагностики на панели приборов;
  • появление во время работы дизеля дополнительного шипения воздуха.

Если забился катализатор или сажевый фильтр, ждать каких-либо неприятных последствий не стоит, необходимо избавляться от проблемы в самое ближайшее время.

Прочистка каталитического нейтрализатора

Если КН забился, но соты керамики не разрушены, катализатор можно попробовать почистить. Особенно целесообразно это делать при небольшом пробеге, после заправки машины некачественным бензином, при первых признаках предполагаемой неисправности. Существуют два способа прочистки катализаторной банки, это:

  • промывка элемента глушителя при помощи специальной автохимии, без разборки выхлопной системы;
  • со снятием катализатора, последующей промывкой и продувкой.

Прочистку на месте можно выполнить для любого катализатора и сажевого фильтра, особенно удобно производить процедуру для КН, который установлен сразу за выпускным коллектором. Но здесь важно, чтобы соты не были разрушены или оплавлены, а состояние керамики, к сожалению, в гаражных условиях точно определить можно только с помощью снятия деталей и дальнейшего визуального осмотра керамического элемента (хотя последнее время стали активно использоваться видеоэндоскопы). Принцип процесса чистки одинаков вне зависимости от типа двигателя и марки авто, будь то Хэндай Солярис или Лада Приора. Рассмотрим последовательность действий чистки верхнего каталитического нейтрализатора на месте для машины Toyota Vitz (бензин):

  • открываем капот, выкручиваем верхний лямбда-зонд:
  • берем баллончик со специальной автохимией Protec, устанавливаем на распылитель трубку, а другой конец трубочки опускаем в отверстие установки кислородного датчика;
  • в течение минуты встряхиваем флакончик, затем распыляем из него жидкость, перемещая трубку по кругу, стараясь попасть на соты по всем краям. После появления сверху пены нужно подождать, чтобы она провалилась, потом еще добавить жидкости;
  • несколько раз повторив процедуру наполнения жидкостью, устанавливаем на место лямбда-зонд, ждем несколько минут, после запускаем мотор;
  • производим прогазовку, из глушителя должна пойти черная пена.

Разумеется, такая мера используется в основном в качестве профилактики, «убитому кату» подобная процедура не поможет. Но если такой процесс периодически повторять время от времени, ухаживать за двигателем, выполнять своевременное ТО, вероятнее всего, и катализатор «проживет» гораздо дольше. Также с помощью химического средства можно промыть снятые детали, только пену нужно будет удалять сжатым воздухом.

Удаление катализатора

Каталитический нейтрализатор – достаточно дорогая деталь, и на бюджетных машинах, особенно на моделях ВАЗ, автовладельцы стараются избегать приобретения такой новой запасной части. Как вариант здесь можно рассматривать установку пламегасителей (стронгеров) и «пауков», такие элементы выпускной системы стоят гораздо дешевле, при этом редко требуют замены. Просто физически удалить КН, поставив вместо него пламегаситель, на многих современных авто нельзя, так как задний кислородный датчик будет фиксировать превышение уровня CO, соответственно, выдавать на блок управления ошибку. Поэтому одновременно с заменой катализатора устанавливается «обманка», представляющая собой небольшую металлическую втулку с проходными отверстиями внутри и с резьбой под лямбда-зонд, на некоторых моделях автомобилей требуется перепрошивка ЭБУ.

«Пауки» (впускные коллекторы) всегда ставятся вместо верхнего КН, для российских автомобилей Лада такие детали выпускает ООО «СтингерСпорт», купить их можно в автомагазинах и через интернет. Рассмотрим на примере Приоры, как производится замена катализатора на «паук» (основные моменты), такую работу своими руками может выполнить почти любой водитель:

  • под капотом отворачиваем гайки крепления выпускного коллектора, снизу под машиной – три крепежа приемной трубы;
  • отсоединяем провода с лямбда-зондов, вынимаем коллектор в сборе с катализатором и датчиками;
  • выкручиваем датчики, переставляем их на «паук»;
  • ставим новый коллектор на место, не забыв подсоединить провода, теперь, чтобы не загорался сигнал Check Engine, необходимо перепрошить блок управления, можно так же попробовать использовать «обманку» под нижний лямбда-зонд.

Если с забитым катколлектором автомобиль ехал плохо, то после установки «паука» сразу ощущается прибавка в динамике. Большой минус такой замены – возрастание уровня CO в отработанных газах, но, как говорится, «на ход» это не влияет. Пока еще в России за нарушение норм экологии водителей не наказывают, но ужесточение правил можно ожидать в ближайшем времени. Поэтому перепрошивка ЭБУ под Евро-2 – не самый удачный вариант с расчетом на будущее, да и об экологичности своего авто должен задумываться каждый собственник.

Проверка работоспособности катализатора без снятия с автомобиля

Просто так снимать КН, не будучи уверенным в его засорении, затратно, поэтому все стараются найти способ определить состояние катализатора на месте, без демонтажа детали. И такие методы есть, причем, достаточно точные:

  • измерение давления в выхлопной системе;
  • осмотр поверхности каталитического элемента с помощью видеоэндоскопа.

Первый из этих способов нередко используется на станциях техобслуживания, а для замера давления необходим точный стрелочный манометр с верхним пределом до 1 кг/см³, трубка с переходниками под прибор и отверстие для датчика кислорода. Для измерения штуцер вкручивается вместо лямбда-зонда, на заведенном моторе давление в системе выпуска должно находиться в пределах 0,1-0,15 кг/см³ при постоянных оборотах 2500 об/мин, не превышать значения 0,3 Бар. Также продаются и заводские приборы, поэтому можно самостоятельно ничего не конструировать.

Другой прибор – Wi-Fi видеоэндоскоп, подключается к любому мобильному гаджету, может работать с планшетом или смартфоном. Чтобы посмотреть с помощью его состояние катализатора, достаточно вывернуть лямбда-зонд и опустить камеру с подсветкой в отверстие для датчика, в комплекте с эндоскопом обычно идет зеркало для бокового просмотра, магнит и щуп для доставания металлических предметов, которые случайно уронили в коллектор.

В борьбе за экологичность все больше повышаются стандарты по вредным выбросам автомобилей. Из-за этого, автопроизводителям приходится оснащать машины системами, которые эти самые выбросы снижают.

Одним из самых распространенных способов по снижению вредных веществ в выхлопных газах авто является оснащение системы отвода выхлопных газов каталитическим нейтрализатором и все больше авто им комплектуются.

С одной стороны, наличие катализатора оправдано, он действительно способен уменьшить вредные выбросы за счет химических реакций, которые вредные вещества расщепляют на безопасные.

Но, с другой стороны, нейтрализатор вещь капризная, и выход его из строя может здорово попортить жизнь автовладельцу.

Устройство катализатора и его неисправности

Вначале немного теории по устройству катализатора. Устройство состоит из корпуса, внутрь которой помещены специальные бобины.

Бобина состоит из большого количества сот и зачастую изготовлена из керамики. Вся поверхность сот покрыта благородными металлами или их сплавами.

Именно эти металлы и вступают в реакцию с вредными элементами, содержащимися в выхлопных газах, нейтрализуя их.

Катализатор является элементом системы отвода выхлопных газов и размещен он сразу за коллектором.

Работа устройства контролируется двумя лямбда-зондами, один из которых установлен перед нейтрализатором, а второй – за ним.

Сверяя показания этих датчиков электронный блок контролирует работу устройства.

Именно конструкция катализатора и является его слабым местом. Соты бобины имеют достаточно мелкие размеры, поэтому забиться они могут достаточно быстро.

Рассмотрим самые распространенные неисправности каталитического нейтрализатора.

Данная проблема возникает зачастую из-за использования некачественного топлива, или же из-за неисправности двигателя, в результате которой в цилиндры попадает масло.

Большое количество сажи в выхлопных газах, образованной в результате неполного сгорания «плохого» бензина или наличия масла в топливе, начинает оседать на стенках сотов, приводя к их забитию.

Разрушение бобины в результате сильного удара по корпусу.

Встречается эта неисправность хоть и редко, но она является очень опасной.

В результате удара по катализатору, к примеру, во время поездок по пересеченной местности, бобина разрушается. При этом мелкие части ее могут попасть в ЦПГ, приводя к еще большим проблемам, можно полностью «убить» двигатель.

Внутренние составляющие катализатора хоть и рассчитаны на работу в среде высоких температур, но превышение их выше критической точки приводит к оплавлению керамической основы.

Исчерпан ресурс катализатора.

Даже если на авто ездили бережно, заправляли его только качественным топливом, со временем устройство все равно выйдет из строя.

Дело в том, что химические реакции постепенно уменьшают слой металла, нанесенного на керамическую основу. Поэтому после длительной эксплуатации слой металла полностью растворяется, и катализатор перестает выполнять свои функции.

Признаки неисправностей

Если с катализатором автомобиля возникли проблемы, то появятся определенные признаки, указывающие на это, причем их не так уж и мало.

Самый первый признак.

Он же самый явный – это загорание контрольной лампочки «Check engine» на приборной доске, а сканер при диагностике выводит код ошибки, указывающий на проблемы с системой отвода выхлопных газов.

Но этот признак не может указать, действительно ли катализатор забит или оплавлен. Просто электронный блок основывается на показаниях лямбда-зондов, и выход из строя одного из этих датчиков тоже может стать причиной загорания лампочки.

Потеря динамики авто при достижении определенной скорости. К примеру, при разгоне до 140 км/ч авто начинает «тупить». Причем со временем скоростная планка будет снижаться, динамика будет резко ухудшаться при достижении 140 км/ч, затем – при 120 км/ч, после – при 90 км/ч.

Объясняется это просто – из-за забития катализатора выхлопные газы не могут полностью выйти из камер сгорания, часть из них остается, в результате чего они «задавливают» силовой агрегат.

И чем больше соты будут забиваться, тем на меньшей скорости газы будут «задавливать» мотор.

Если вовремя не обратить внимание на такой признак, то это приведет к тому, что в один не очень хороший момент двигатель не сможет завестись. Оплавление катализатора имеет те же признаки, что и забитие.

Один из самых явных признаков, это разрушение бобины катализатора. При заведенном двигателе из-под авто будет явно прослушиваться шум и дребезжание.

Появление сильного запаха сероводорода (еще он называется запахом «тухлых яиц») в выхлопных газах.

Другие признаки неисправностей катализатора читайте здесь.

Способы проверки

Но перед тем как грешить на устройство, следует точно убедиться, что проблема скрыта в нем.

Проверка катализатора выполняется двумя способами – не снимая с авто, и после его демонтажа.

Проверка без снятия.

Без снятия с авто проверка устройства выполняется двумя способами – диагностикой выхлопной системы на газоанализаторе и тестирование на противодавление в системе отвода газов.

Проверка на газоанализаторе хоть и является отличным вариантом, но вот только далеко не все СТО оснащены таким оборудованием. А в небольших городах такой прибор и вовсе не найдешь.

Суть такого способа – к выхлопной трубе автомобиля подсоединяется газоанализатор, и проводятся замеры.

На основе химического анализа выхлопных газов определяется, забит ли катализатор или нет.

Второй способ проверки – на противодавление более распространен и не требует наличия сложного оборудования.

Суть такой проверки – определение давления на входе в нейтрализатор. Если он забит, давление перед ним на определенных оборотах мотора возрастет.

Официально этот метод проверки делается так – в трубе, подходящей к нейтрализатору проделывается отверстие, к котором нарезается резьба. Далее в это отверстие вкручивается штуцер, к которому подсоединяется медная трубка.

Нужна она для рассеивания тепла, получаемого от выхлопной системы. На конец медной трубки надевается резиновый шланг, подсоединенный к манометру.

Сделав такое приспособление, приступают к замерам. Выхлопная система тестируется на всех режимах работы мотора, а по показаниям манометра определяют, забит ли катализатор.

Кстати, продаются специальные наборы для проверки методом противодействия.

На такой способ несколько сложен в исполнении – необходимо сверлить трубу, нарезать резьбу, после замеров искать подходящую заглушку, чтобы закрыть отверстие.

Самостоятельная проверка на противодавление

Но можно проверить катализатор на противодавление несколько проще, причем протестировать описанным ниже способом даже самостоятельно, не прибегая к услугам СТО.

Итак, нам понадобится наличие манометра, причем нужен точный прибор, измеряющий давление до 1 кгс/см. куб. Также потребуется штуцер и длинная резиновая трубка.

Имея все это, можно приступать к замерам:

  1. Автомобиль ставим на смотровую яму и обездвиживаем.
  2. Находясь под авто выкручиваем лямбда-зонд, установленный перед катализатором.
  3. Вкручиваем на его место датчика штуцер. Важно заранее подобрать штуцер, по размерам соответствующий отверстию.
  4. На штуцер надеваем подготовленную резиновую трубку. Сразу необходимо закрепить соединение хомутом.
  5. К другому концу трубки подсоединяем штуцер и тоже закрепляем хомутом.
  6. Просим помощника завести двигатель и установить обороты холостого хода. При запуске на приборной панели загореться «Check engine», но внимание на него не обращаем.
  7. После помощник должен довести обороты до 3000 и удерживать их на протяжении 5-7 секунд, затем снова повышаются обороты – уже до 5000 и тоже удерживаются.
  8. В это время манометром заменяется давление на входе в катализатор при всех режимах работы мотора.

Если катализатор не забит или не оплавлен, то показания манометра даже на 5000 об/мин не должны превышать 0,35 кгс/см. куб. И то — это значение больше подходит для авто, в которых силовая установка подвергалась доработка в ходе тюнинга. Для «стоковых» моторов нормальными будут и показания манометра до 0,5 кгс/см. куб.

  • Такой способ можно делать и самому, заведя трубку с манометром в салон. Чтобы более точно произвести замеры, лучше их делать во время движения. То есть, авто выгоняется на трассу, двигается надо на всех режимах, а с манометра в это время снимаются показания.
  • Проверка со снятием.

    Если не хочется заморачиваться с подсоединение трубок и т. д., то можно нейтрализатор попросту снять с авто и провести визуальный осмотр на свету.

    Делается это просто – устройство демонтируется с авто, с одной его стороны ставиться источник света (лампа, фонарь), а с другой смотрится, как соты пропускают свет.

    Этот способ проверки точно даст понять, забит ли катализатор, вот только при снятии его можно столкнуться с сильными проблемами. За время эксплуатации гайки крепления часто прикипают к болтам и сорвать их бывает сложно.

    Неотъемлемой частью катализатора является лямбда зонд, который тоже требует проверки, как это делать читайте на этой странице https://autotopik.ru/diagnostika-neispravnostei/609-kak-proverit-lyambda-zond.html.

    Способы решения проблемы

    Одной проверки катализатора недостаточно, ведь если он забит – проблему нужно решать.

    Вариантов устранить неисправность несколько:

    • Попытаться прочистить или промыть устройство. Это действительно может помочь, но только в случае несильного забития. При оплавлении, разрушении и полной закупорки сотов таким способом проблему не решить.
    • Замена нейтрализатора на оригинальный. Выполнить проще всего – сняли, установили новый и все. Вот только стоит оригинальный аналог очень дорого, поэтому не всегда целесообразно его покупать.
    • Замена на универсальный нейтрализатор. Некоторые фирмы, занимающиеся производством автозапчастей и аксессуаров, выпускают каталитические нейтрализаторы, которые можно устанавливать на разные авто. Стоит такой элемент дешевле оригинального, но придется «помучиться» с подбором и подгонкой;
    • Замена нейтрализатора на пламегаситель. Самый простой способ, позволяющий навсегда забыть о проблеме катализатора.

    Пламегаситель врезается в систему место нейтрализатора и все. Но для корректной работы ЭБУ придется его либо перепрошивать, либо использовать обманки. Стоит отметить, что на авто, в котором вместо нейтрализатора стоит пламегаситель, в некоторые из стран Европы уже не въедешь.

    Как решать проблему с каталитическим нейтрализатором – решать автовладельцу. Мы же рассказали, как проверить данный элемент разными способами, и что можно предпринять в случае его неисправности.

    Как проверить катализатор на забитость не снимая в домашних условиях

    В борьбе за экологичность все больше повышаются стандарты по вредным выбросам автомобилей. Из-за этого автопроизводителям приходится оснащать машины системами, которые эти самые выбросы снижают.

    Одним из самых распространенных способов по снижению вредных веществ в выхлопных газах является оснащение автомобилей каталитическим нейтрализатором.

    С одной стороны, наличие катализатора оправдано, он действительно способен уменьшить вредные выбросы за счет химических реакций, которые вредные вещества расщепляют на безопасные.

    Но, с другой стороны, нейтрализатор вещь капризная, и выход его из строя может здорово попортить жизнь автовладельцу.

    Устройство катализатора и его неисправности

    Вначале немного теории по устройству катализатора. Устройство состоит из корпуса, внутри которого помещены специальные бобины.

    Бобина состоит из большого количества сот и зачастую изготовлена из керамики. Вся поверхность сот покрыта благородными металлами или их сплавами.

    Именно эти металлы и вступают в реакцию с вредными элементами, содержащимися в выхлопных газах, нейтрализуя их.

    Катализатор является элементом системы отвода выхлопных газов и размещен он сразу за коллектором.

    Работа устройства контролируется двумя лямбда-зондами, один из которых установлен перед нейтрализатором, а второй – за ним.

    Сверяя показания этих датчиков электронный блок контролирует работу устройства.

    Именно конструкция катализатора и является его слабым местом. Соты бобины имеют достаточно мелкие размеры, поэтому забиться они могут достаточно быстро.

    Рассмотрим самые распространенные неисправности каталитического нейтрализатора.

    Забивание сот.

    Данная проблема возникает зачастую из-за использования некачественного топлива, или же из-за неисправности двигателя, в результате которой в цилиндры попадает масло.

    Большое количество сажи в выхлопных газах, образованной в результате неполного сгорания «плохого» бензина или наличия масла в топливе, начинает оседать на стенках сот, приводя к их забиванию.

    Разрушение бобины в результате сильного удара по корпусу.

    Встречается эта неисправность хоть и редко, но она является очень опасной.

    В результате удара по катализатору, к примеру, во время поездок по пересеченной местности, бобина разрушается. При этом мелкие части ее могут попасть в ЦПГ, приводя к еще большим проблемам, можно полностью «убить» двигатель.

    Оплавление сот.

    Внутренние составляющие катализатора хоть и рассчитаны на работу в среде высоких температур, но превышение их выше критической точки приводит к оплавлению керамической основы.

    Исчерпан ресурс катализатора.

    Даже если на авто ездили бережно, заправляли его только качественным топливом, со временем устройство все равно выйдет из строя.

    Дело в том, что химические реакции постепенно уменьшают слой металла, нанесенного на керамическую основу. Поэтому после длительной эксплуатации слой металла полностью растворяется, и катализатор перестает выполнять свои функции.

    Признаки неисправностей

    Если с катализатором автомобиля возникли проблемы, то появятся определенные признаки, указывающие на это, причем их не так уж и мало.

    Самый первый признак.

    Он же самый явный – это загорание контрольной лампочки «Check engine» на приборной доске, а сканер при диагностике выводит код ошибки, указывающий на проблемы с системой отвода выхлопных газов.

    Но этот признак не может указать, действительно ли катализатор забит или оплавлен. Просто электронный блок основывается на показаниях лямбда-зондов, и выход из строя одного из этих датчиков тоже может стать причиной загорания лампочки.

    Второй признак.

    Потеря динамики авто при достижении определенной скорости. К примеру, при разгоне до 140 км/ч авто начинает «тупить». Причем со временем скоростная планка будет снижаться, динамика будет резко ухудшаться при достижении 140 км/ч, затем – при 120 км/ч, после – при 90 км/ч.

    Объясняется это просто – из-за забития катализатора выхлопные газы не могут полностью выйти из камер сгорания, часть из них остается, в результате чего они «задавливают» силовой агрегат.

    И чем больше соты будут забиваться, тем на меньшей скорости газы будут «задавливать» мотор.

    Если вовремя не обратить внимание на такой признак, то это приведет к тому, что в один не очень хороший момент двигатель не сможет завестись. Оплавление катализатора имеет те же признаки, что и забитие.

    Шумы.

    Один из самых явных признаков, это разрушение бобины катализатора. При заведенном двигателе из-под авто будет явно прослушиваться шум и дребезжание.

    Косвенный признак.

    Появление сильного запаха сероводорода (еще он называется запахом «тухлых яиц») в выхлопных газах.

    Другие признаки неисправностей катализатора читайте здесь.

    Способы проверки

    Но перед тем как грешить на устройство, следует точно убедиться, что проблема скрыта в нем.

    Проверка катализатора выполняется двумя способами – не снимая с авто, и после его демонтажа.

    Проверка без снятия.

    Без снятия с авто проверка устройства выполняется двумя способами – диагностикой выхлопной системы на газоанализаторе и тестирование на противодавление в системе отвода газов.

    Проверка на газоанализаторе хоть и является отличным вариантом, но вот только далеко не все СТО оснащены таким оборудованием. А в небольших городах такой прибор и вовсе не найдешь.

    Суть такого способа – к выхлопной трубе автомобиля подсоединяется газоанализатор, и проводятся замеры.

    На основе химического анализа выхлопных газов определяется, забит ли катализатор или нет.

    Второй способ проверки – на противодавление более распространен и не требует наличия сложного оборудования.

    Суть такой проверки – определение давления на входе в нейтрализатор. Если он забит, давление перед ним на определенных оборотах мотора возрастет.

    Официально этот метод проверки делается так – в трубе, подходящей к нейтрализатору проделывается отверстие, к котором нарезается резьба. Далее в это отверстие вкручивается штуцер, к которому подсоединяется медная трубка.

    Нужна она для рассеивания тепла, получаемого от выхлопной системы. На конец медной трубки надевается резиновый шланг, подсоединенный к манометру.

    Сделав такое приспособление, приступают к замерам. Выхлопная система тестируется на всех режимах работы мотора, а по показаниям манометра определяют, забит ли катализатор.

    Кстати, продаются специальные наборы для проверки методом противодействия.

    На такой способ несколько сложен в исполнении – необходимо сверлить трубу, нарезать резьбу, после замеров искать подходящую заглушку, чтобы закрыть отверстие.

    Самостоятельная проверка на противодавление

    Но можно проверить катализатор на противодавление несколько проще, причем протестировать описанным ниже способом даже самостоятельно, не прибегая к услугам СТО.

    Итак, нам понадобится наличие манометра, причем нужен точный прибор, измеряющий давление до 1 кгс/см2. Также потребуется штуцер и длинная резиновая трубка.

    Имея все это, можно приступать к замерам:

    1. Автомобиль ставим на смотровую яму и обездвиживаем.
    2. Находясь под авто выкручиваем лямбда-зонд, установленный перед катализатором.
    3. Вкручиваем на его место датчика штуцер. Важно заранее подобрать штуцер, по размерам соответствующий отверстию.
    4. На штуцер надеваем подготовленную резиновую трубку. Сразу необходимо закрепить соединение хомутом.
    5. К другому концу трубки подсоединяем штуцер и тоже закрепляем хомутом.
    6. Просим помощника завести двигатель и установить обороты холостого хода. При запуске на приборной панели загорится «Check engine», но внимание на него не обращаем.
    7. После помощник должен довести обороты до 3000 и удерживать их на протяжении 5-7 секунд, затем снова повышаются обороты – уже до 5000 и тоже удерживаются.
    8. В это время манометром снимаются показания давления на входе в катализатор при всех режимах работы мотора.

      Если катализатор не забит или не оплавлен, то показания манометра даже на 5000 об/мин не должны превышать 0,35 кгс/см. куб. И то — это значение больше подходит для авто, в которых силовая установка подвергалась доработка в ходе тюнинга. Для «стоковых» моторов нормальными будут и показания манометра до 0,5 кгс/см. куб.

    9. Такой способ можно делать и самому, заведя трубку с манометром в салон. Чтобы более точно произвести замеры, лучше их делать во время движения. То есть, авто выгоняется на трассу, двигается надо на всех режимах, а с манометра в это время снимаются показания.

    Проверка со снятием.

    Если не хочется заморачиваться с подсоединение трубок и т. д., то можно нейтрализатор попросту снять с авто и провести визуальный осмотр на свету.

    Делается это просто – устройство демонтируется с авто, с одной его стороны ставиться источник света (лампа, фонарь), а с другой смотрится, как соты пропускают свет.

    Этот способ проверки точно даст понять, забит ли катализатор, вот только при снятии его можно столкнуться с сильными проблемами. За время эксплуатации гайки крепления часто прикипают к болтам и сорвать их бывает сложно.

    Неотъемлемой частью катализатора является датчик кислорода, который тоже требует дополнительной диагностики — подробнее читайте как проверить лямбда зонд.

    Способы решения проблемы

    Одной проверки катализатора недостаточно, ведь если он забит – проблему нужно решать.

    Вариантов устранить неисправность несколько:

    • Попытаться прочистить или промыть устройство. Это действительно может помочь, но только в случае несильного забития. При оплавлении, разрушении и полной закупорки сотов таким способом проблему не решить.
    • Замена нейтрализатора на оригинальный. Выполнить проще всего – сняли, установили новый и все. Вот только стоит оригинальный аналог очень дорого, поэтому не всегда целесообразно его покупать.
    • Замена на универсальный нейтрализатор. Некоторые фирмы, занимающиеся производством автозапчастей и аксессуаров, выпускают каталитические нейтрализаторы, которые можно устанавливать на разные авто. Стоит такой элемент дешевле оригинального, но придется «помучиться» с подбором и подгонкой;
    • Замена нейтрализатора на пламегаситель. Самый простой способ, позволяющий навсегда забыть о проблеме катализатора.

      Пламегаситель врезается в систему вместо нейтрализатора и все. Но для корректной работы ЭБУ придется его либо перепрошивать, либо использовать обманки. Стоит отметить, что на авто, в котором вместо нейтрализатора стоит пламегаситель, в некоторые из стран Европы уже не въедешь.

    Как решать проблему с каталитическим нейтрализатором – решать автовладельцу. Мы же рассказали, как проверить данный элемент разными способами, и что можно предпринять в случае его неисправности.

    Как умирают катализаторы? | Мастер Глушитель

    В этой статье речь НЕ пойдет о том, что такое катализатор, где и зачем он устанавливается, принцип работы и т.п. Об этом полно статей в интернете и их несложно найти.

    Вы узнаете:

    как именно умирают катализаторы?
    как определить причину смерти вашего катализатора?
    что с этим всем потом делать?
    Зачастую умерший катализатор –это всего лишь следствие другой проблемы.

    Итак, рассмотрим несколько катализаторов, снятых с авто. Попытаемся сравнить внешний вид поврежденного катализатора с исправным.

    На фото исправный катализатор, мы видим ровные четкие контуры сот катализатора без оплавлений, трещин, разрушений и загрязнений.



    Важно также посмотреть через соты на свет, т.к. соты могут быть оплавлены или разбиты внутри и внешне такой катализатор может выглядеть абсолютно нормально.

    Выглядеть на просвет катализатор должен так:



    Теперь рассмотрим наиболее распространенные случаи, когда катализатор пришел в негодность:

    Оплавление сот



    Вид катализатора с расплавленными сотами на просвет:



    На фото видны многочисленные следы оплавления и спекания сот катализатора. Подобное явление характерно для катализаторов с керамическими сотами.

    Как видно из фото выше, катализатор частично сохранил свою пропускную способность, но т.к. площадь поверхности его сот сильно уменьшилась в результате их спекания, подобные повреждения сопровождаются появлением ошибки Р0420, снижением динамики автомобиля, иногда увеличением расхода топлива.

    Такие случаи происходят в результате попадания несгоревшей топливовоздушной смеси в катализатор, где она впоследствии сгорает. Температура горения гораздо выше температуры выхлопных газов, на которые рассчитан катализатор, как следствие — оплавление сот.

    Причины попадания топливовоздушной смеси в катализатор несколько:

    Проблемы с зажиганием.
    При пропуске или слишком позднем зажигании топливовоздушная смесь полностью или частично попадает в выхлопную систему и воспламеняется в ней.

    На что смотреть?

    на свечи
    На что обратить внимание: Повреждения или загрязнения изолятора, нагар (его цвет, равномерность, характер), зазор и состояние электрода, давность замены.

    на высоковольтные провода
    На что обратить внимание: Механические повреждения, слишком высокое сопротивление, давность замены.

    катушки зажигания или модули
    На что обратить внимание: Неисправность, давность замены.

    Прогрев автомобиля на холостых оборотах.
    При холодном запуске происходит обогащение топливовоздушной смеси, что вызывает неоптимальное ее сгорание. Сгорает она не полностью, и оставшаяся ее часть попадает в выпускную систему, где топливо конденсируется на холодных ее элементах (катализаторе). Где при прогреве двигателя и повышении температуры выхлопных газов оно воспламеняется и расплавляет соты.

    Чтобы этого избежать, греть двигатель нужно В ДВИЖЕНИИ! Это значит ехать на 2-3 передаче с оборотами 2-3 тыс. (для бензиновых авто) до начала движения температурной стрелки. Это наиболее щадящий и быстрый способ прогреть автомобиль.

    К сожалению наш менталитет и ложные убеждения мешают большинству людей греть так мотор.

    Особенно характерно эта проблема для катализаторов, расположенных близко к двигателю — на коллекторах и приемных трубах (реже).

    Проблемы со смесеобразованием.
    Проблема возникает при загрязнении форсунок некачественным топливом и как следствие неспособность распылить его нужным образом. Особенно часто встречается в системах непосредственного впрыска.

    На что смотреть?

    форсунки
    подсос воздуха
    топливный насос
    забитый топливный фильтр
    Загрязнение катализатора



    На фото катализатор с забитыми черным налетом сотами.
    Пропускная способность такого катализатора близка к нулю.
    Признаки: масложор, сильное снижение динамики автомобиля, увеличение расхода топлива. Ошибки появляются 50/50.
    Такой черный жирный налет в большинстве случаев является следствием износа цпг, маслосъемных колец и повышенном расходе масла. Масло из цилиндров попадает в выпускную систему, оседает на стенках коллектора и катализаторе. Постепенно оно там закоксовывается и забивает его.

    На что смотреть?

    цпг
    На что обратить внимание: Компрессия, состояние маслосъемных колец, состояние стенок цилиндра, наличие черного жирного налета на выпускном коллекторе.
    Стоит отметить, что для немцев, которым свойственен повышенный расход масла, данное явление не очень распространено. Производители знают об склонностях своих двигателей к масложору и учитывают это. Их катализаторы гораздо более устойчивы к подобным загрязнениям, у них немного больше ячейки сот, которые менее подвержены накоплению на себе критической массу «масляной сажи», более эффективно дожигая ее. Но и они рассчитаны только на исправный двигатель.

    На фото ниже забитые металлические катализаторы с VW Touareg с пробегом более 330 000 км.



    Они же с обратной стороны (какими должны быть):



    Разрушение катализатора
    Керамические катализаторы более подвержены разрушению, чем металлические, ввиду своей хрупкости.
    Причины: резкий перепад температур (попадание воды из лужи на горячий катализатор), механические воздействия (удары, вибрация), износ, заводской брак, работа двигателя на предельных режимах.
    На фото ниже один из примеров начала разрушения катализатора. Отчетливо видно ровную поверхность (как должно быть) и бугристую (как не должно быть).
    Данный катализатор был установлен на Mazda 3 с двигателем 2,0 литра. Сама керамика была еще достаточно прочной на ощупь, но в результате жестких режимов эксплуатации авто и его пробега (около 280 000 км) началась разрушаться.



    На фото еще один наглядный пример разрушения катализатора.
    Автомобиль Nissan Murano с двигателем 3.5 литра. Пробег 250 000 км. Автомобиль участвовал в ДТП, в котором пострадала передняя часть автомобиля.
    У этого автомобиля V-образный двигатель и 3 катализатора. 2 коллекторных катализатора и 1 под днищем.

    На фото слева наглядно видно один из разрушенных катализаторов на коллекторе, покрытый трещинами и с отколотым куском. Этот же самый кусок мы нашли перед следующим катализатором. На ощупь керамика была достаточно хрупкая и крошилась двумя пальцами. С ближней к двигателю стороны катализатор имел характерные разрушения, рассмотренные выше. Возможные разрушения вполне могли быть спровоцированы ДТП (т.к. это был катализатор, расположенный со стороны бампера), и усугублены режимом эксплуатации двигателя.

    Из катализатора под днищем при снятии высыпалось большое количество керамической пыли. Также отчетливо видны забитые соты (предположительно остатками первого катализатора).



    Вывод: Почти всегда катализатор выходит из строя уже как следствие неграмотной эксплуатации, ДТП или других неисправностей двигателя и его систем. Замена или удаление катализатора зачастую не решает первоначальную проблему. Всегда необходимо проанализировать, что послужило причиной этого и устранить ее.

    Горит ошибка катализатора — что делать?

    Если у вас загорелась ошибка двигателя check engine на приборной панели, следует обратиться к специалистам и сделать компьютерную диагностику автомобиля для выявления неисправности. Довольно часто этой неисправностью оказывается вышедший из строя катализатор, о чем свидетельствует ошибка p0420, р0421, p0422, p0423, p0424, p0430, p0431, p0432, p0433, p0434.

    Постараемся ответить на основные вопросы, которые волнуют автовладельцев по данной теме:

    Горит чек катализатора. Что делать?

    Если горит ошибка катализатора, но автомобиль ведет себя хорошо, не потерял мощности, не тупит и не увеличился расход, можно на первое время ее просто сбросить либо отсоединением клемм на время, либо с помощью диагностического сканера, так как нередко причиной ее возникновения может быть заправка некачественным топливом. В то же время загоревшийся check engine по катализатору может свидетельствовать и о разрушении его, что в свою очередь, может привести к тому, что в один момент автомобиль просто встанет и до удаления катализатора может больше не завестись. Если этот процесс проходит постепенно, то плавное снижение мощности можно и не заметить, не говоря уже об увеличении расхода.

    Однако, для начала все же можно установить обманку лямбда зонда и стереть ошибку катализатора.

    Поставил обманку катализатора чек горит все равно. Почему?

    Если установка обманки не помогла и лампочка двигателя загорелась вновь, здесь может быть 2 варианта: либо проставка под датчик имеет неправильные параметры (с чем вполне можно столкнуться при самостоятельном ее изготовлении или довольно часто при покупке у недобросовестного или непрофессионального производителя или продавца), либо вам нужно удалять катализатор. Еще возможен вариант пропускания выхлопных газов где-то в трубе до 2-го датчика лямбда зонда.

    Ошибка низкая эффективность катализатора. Какие варианты решения?

    Данная ошибка в случае, если соты катализатора целы, может возникать или от негерметичности выхлопной трубы до 2-го датчика кислорода или при выработке каталитического покрытия сот, то есть выработке ресурса катализатора. В этом случае поможет проверка системы на пропуски с устранением их и установка обманки лямбда зонда без удаления катализатора.

    Катализаторы | Химия для неосновных

    Цели обучения

    • Определить катализатор.
    • Объясните, как катализаторы влияют на скорость химической реакции.

    Куда ушло солнце?

    Смог в Нью-Йорке. Любезно предоставлено доктором Эдвином П. Юингом-младшим, CDC / Викимедиа.

    Транспортные средства с бензиновым двигателем выделяют много вредных веществ. Оксиды азота образуются, когда атмосферный азот реагирует с кислородом при высоких температурах, характерных для автомобильного двигателя.Окись углерода является побочным продуктом неполного сгорания углеводородов. Испаренное и неиспользованное топливо выбрасывает в атмосферу летучие углеводороды, способствуя образованию смога. Наличие каталитического нейтрализатора в выхлопной системе автомобиля заставляет эти материалы вступать в реакцию и превращаться в менее вредные продукты.

    Катализаторы

    Иногда в химическую реакцию может быть добавлено вещество, и скорость этой реакции резко возрастет. Перекись водорода используется в качестве дезинфицирующего средства для удаления царапин и порезов и содержится во многих аптеках в виде 3% -ного водного раствора.Перекись водорода естественным образом разлагается с образованием воды и кислорода, но реакция идет очень медленно. Бутылки с перекисью водорода хватит на несколько лет, прежде чем ее нужно будет заменить. Однако добавление небольшого количества оксида марганца (IV) к перекиси водорода приведет к ее полному разложению всего за несколько минут. Катализатор представляет собой вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции.После того, как реакция происходит, катализатор возвращается в исходное состояние, и катализаторы можно использовать снова и снова. Поскольку он не является ни реагентом, ни продуктом, катализатор показан в химическом уравнении над стрелкой выхода.

    Катализатор работает, изменяя конкретный способ протекания реакции, называемый ее механизмом. Важным результатом использования катализатора является снижение общей энергии активации реакции (см. рисунок ниже).При более низком энергетическом барьере активации больший процент молекул реагентов может иметь эффективные столкновения, и скорость реакции увеличивается.

    Рис. 1. Добавление катализатора в реакцию снижает энергию активации, увеличивая скорость реакции. Энергия активации некаталитической реакции обозначена Ea, тогда как каталитическая реакция обозначена Ea ’. Теплота реакции (ΔH) не изменяется в присутствии катализатора. Изображение из фонда CK-12 — Кристофер Ауён.

    Катализаторы — чрезвычайно важные части многих химических реакций. Ферменты в вашем теле действуют как природные катализаторы, позволяя важным биохимическим реакциям протекать с разумной скоростью. Химические компании постоянно ищут новые и лучшие катализаторы, чтобы ускорить реакцию и, таким образом, сделать компанию более прибыльной.

    Сводка

    • Описывается функция катализатора.

    Практика

    Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

    http: // www.youtube.com/watch?v=9KQdF1bnXHE

    1. Какая краска используется для синих джинсов?
    2. Что ферменты делают для синих джинсов?
    3. Перечислите три проблемы, которые существуют для некаталитических реакций.

    Обзор

    1. На что влияет катализатор в химической реакции?
    2. Влияет ли процесс на процесс?
    3. Где мы указываем катализатор при написании химического уравнения?

    Глоссарий

    • катализатор: Вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции.

    Катализатор и скорость реакции | Глава 6: Химические изменения

  • Покажите студентам две демонстрации и попросите их найти доказательства того, что в химических реакциях образуется газ.

    Скажите студентам, что вы покажете им видео двух демонстраций, в которых водяной пар и газообразный кислород образуются в одной и той же химической реакции. Поскольку газы невидимы, попросите студентов внимательно следить за доказательствами того, что газ образуется.

    Спроецируйте видео «Зубная паста слона».

    Вспенивание показывает, что газы (кислород и водяной пар) образуются очень быстро. Количество пены, образовавшейся за определенный период времени, является способом измерения скорости реакции.

    Спроецируйте видео «Джин в бутылке».

    Пар, выходящий из бутылки, представляет собой водяной пар, который конденсируется на выходе из бутылки. Кислород тоже выходит из баллона, но его не видно.

    Спросите студентов:

    Как узнать, что газ образуется в результате химической реакции?
    Демонстрация вспенивания зубной пасты слона означает, что образуется газ. Производство газа — это ключ к разгадке химической реакции. Водяной пар в демонстрации джинна в бутылке также показывает производство газа.

    Скажите студентам, что этот урок посвящен ускорению химических реакций.Некоторые реакции происходят очень медленно, но можно добавить химические вещества, называемые катализаторами, чтобы они происходили быстрее. Обе эти демонстрации опирались на катализатор.

  • Опишите, как при разложении перекиси водорода образовался газообразный кислород в обоих видеороликах.

    Сообщите студентам, что в обеих демонстрациях используется 30% раствор перекиси водорода. Обычно перекись водорода, которую вы можете купить в магазине, составляет всего 3% перекиси водорода.Объясните учащимся, что химическая формула перекиси водорода H 2 O 2 . Обратите внимание на то, что перекись водорода не очень стабильна и сама по себе распадается на воду и кислород. Такое изменение представляет собой химическую реакцию, называемую разложением. Разложение перекиси водорода происходит медленно и обычно незаметно.

    Спроецировать изображение Разложение перекиси водорода.

    Объясните, что перекись водорода разлагается с образованием воды и кислорода в соответствии с этим химическим уравнением:

    Сообщите студентам, что эта химическая реакция происходит сама по себе, и что даже энергия света в комнате может вызвать более быстрое разложение перекиси водорода.Вот почему перекись водорода продается в непрозрачных емкостях.

    Сообщите студентам, что в видео было использовано вещество (перманганат калия или диоксид марганца), чтобы ускорить разложение перекиси водорода. Несмотря на то, что это ускорило реакцию, само вещество не изменилось во время реакции. Вещество, которое увеличивает скорость реакции, но не становится частью продуктов реакции, называется катализатором.

    Спросите студентов:

    Ваш учитель показал вам демонстрацию, в которой катализатор добавляется к перекиси водорода и образуется большое количество газообразного кислорода.Если катализатор участвует в химической реакции, почему он не включен как продукт в химическое уравнение?
    Катализатор не попадает в продукты, поэтому не участвует в химической реакции.
    Что делает катализатор в химической реакции?
    Катализаторы помогают реакции протекать быстрее, но не изменяются во время реакции.

    Раздайте каждому учащемуся рабочий лист.

    Студенты будут записывать свои наблюдения и отвечать на вопросы о деятельности в листе действий.«Объясни это с помощью атомов и молекул» и «Возьми это». Дальнейшие разделы рабочего листа будут заполнены либо в классе, либо в группах, либо индивидуально, в зависимости от ваших инструкций. Посмотрите на версию листа деятельности для учителя, чтобы найти вопросы и ответы.

  • Попросите учащихся использовать дрожжи для катализирования разложения перекиси водорода.

    Вопрос для расследования

    Может ли другое вещество катализировать разложение перекиси водорода?

    материалов для каждой группы

    • Градуированный цилиндр
    • Перекись водорода (3%)
    • Дрожжи
    • Палочка для мороженого
    • Моющий раствор
    • Капельница

    Подготовка учителей

    Приготовьте раствор моющего средства, добавив 1 чайную ложку жидкого средства для мытья посуды к 2 столовым ложкам воды.Разделите раствор моющего средства поровну на одну маленькую чашку для каждой группы.

    Процедура

    1. Добавьте 10 мл перекиси водорода в мерный цилиндр. Добавьте 1 каплю раствора моющего средства. Осторожно перемешайте и следите за появлением пузырьков в растворе.

      Объясните ученикам, что моющее средство добавляется только для образования пузырьков, если выделяется какой-либо газ. Поскольку при разложении перекиси водорода образуется газообразный кислород, выделение пузырьков показывает, что перекись водорода разрушается или разлагается.Отсутствие пузырьков показывает, что газообразного кислорода образуется не так много.

    2. Кончиком палочки для мороженого добавьте небольшое количество дрожжей к перекиси водорода в градуированном цилиндре и перемешайте.

    3. Поместите мерный цилиндр на стол и следите за появлением пузырьков.
    4. Удерживайте мерный цилиндр, чтобы увидеть, нет ли каких-либо изменений температуры.

    Ожидаемые результаты

    Перед добавлением дрожжей не наблюдается пузырьков.После добавления дрожжей из-за образования пузырьков пена поднимется вверх по градуированному цилиндру. Кроме того, градуированный цилиндр должен быть немного теплее, потому что при разложении перекиси водорода выделяется энергия. Энергетические изменения в химических реакциях будут исследованы более подробно в Главе 6, Урок 7.

  • Обсудите наблюдения студентов.

    Спросите студентов:

    Какие у вас есть подсказки, что при этом действии произошла химическая реакция?
    Пузырьки.Скажите студентам, что изменение температуры также является признаком возможной химической реакции. Эндотермические и экзотермические химические реакции будут рассмотрены в главе 6, занятие 7.
    Что является катализатором в этой деятельности?
    Вещество в дрожжах.
    Какие у вас есть доказательства того, что перекись водорода разлагалась быстрее, когда вы добавляли дрожжи?
    После добавления дрожжей образовались пузырьки газообразного кислорода.
    Должны ли дрожжи быть включены в состав химического уравнения, когда вы пишете химическое уравнение этой реакции?
    Объясните учащимся, что катализатор дрожжей не попадает в продукты, а является веществом, которое способствует более быстрому разложению. Иногда катализатор пишется над или под стрелкой в ​​химическом уравнении, но он никогда не включается в реагенты или продукты.

    Обычно катализаторы работают, предоставляя место, где реагенты могут собираться вместе для реакции.Объясните учащимся, что клетки дрожжей и других организмов содержат катализатор под названием каталаза . Благодаря нормальным клеточным процессам живые существа производят перекись водорода в своих клетках. Но перекись водорода — это яд, поэтому клеткам нужен способ очень быстро его разрушить. Клетки содержат каталазу, которая очень быстро расщепляет перекись водорода. Одна молекула каталазы может каждую секунду катализировать распад миллионов молекул перекиси водорода.

    Студенты могут продолжить изучение влияния каталазы на перекись водорода, добавив кусок свежего сырого картофеля к небольшому количеству перекиси водорода.

  • Попросите учащихся определить изменения, которые происходят, когда сульфат меди II вступает в реакцию с куском алюминиевой фольги.

    Примечание: это реакция между сульфатом меди II и алюминием. Медь называется «медь II», потому что медь может образовывать разные типы ионов. Он может потерять один электрон и быть просто Cu + или может потерять два электрона и быть Cu 2+ . Этот тип иона меди называется медью II.Также «сульфат» в сульфате меди II также является ионом. Этот ион состоит из более чем одного атома. Это один из многоатомных ионов, обсуждаемых в главе 4, урок 3. Сульфат-ион состоит из атома серы, связанного с четырьмя атомами кислорода, и рассматривается как один ион (SO 4 2-).

    Есть несколько интересных аспектов реакции между сульфатом меди II и алюминием, но она отличается от других реакций, которые студенты наблюдали до сих пор. В этой реакции движение электронов, а не целых атомов, ионов или молекул, вызывает реакцию.Этот тип реакции называется реакцией окисления / восстановления. Эту конкретную реакцию интересно проводить, потому что она экзотермична, генерирует газ, а металлическая медь появляется, когда металлический алюминий исчезает.

    Соль можно рассматривать как катализатор реакции, но она играет иную роль, чем большинство катализаторов. Сульфат меди II и алюминий реагируют очень медленно, потому что алюминий покрыт очень тонким слоем потускнения (оксида алюминия). Эта реакция может быть ускорена, если слой оксида алюминия будет удален или нарушен.Добавление соли делает это и позволяет электронам алюминия реагировать с ионами меди в растворе, превращая их в металлическую медь.

    Вопрос для расследования

    Что является катализатором в следующем действии?

    материалов для каждой группы

    • Раствор сульфата меди II (в стакане)
    • Прозрачный пластиковый стаканчик (пустой)
    • Соль
    • Кусок алюминиевой фольги
    • Термометр
    • Палочка для мороженого

    Подготовка учителей

    Приготовьте раствор сульфата меди II, добавив 20 г сульфата меди II в 200 мл воды.Налейте около 25 мл раствора сульфата меди II в чашку для каждой группы. Нарежьте алюминиевую фольгу на кусочки, достаточно большие, чтобы покрыть дно чашки (примерно 5 см в длину и 5 см в ширину).

    Процедура

    1. Поместите кусок алюминиевой фольги в пустую чашку. Пальцами или палочкой для мороженого плотно прижмите фольгу, чтобы она лежала ровно и закрывала дно чашки.
    2. Добавьте весь раствор сульфата меди II в чашку с алюминиевой фольгой.
    3. Осторожно перемешайте раствор в течение нескольких секунд и дайте ему постоять. Следите за алюминием на предмет пузырей или изменения цвета.
    4. С помощью палочки для мороженого добавьте небольшое количество соли в раствор сульфата меди II. Осторожно перемешайте раствор в течение нескольких секунд и дайте ему постоять. Следите за пузырьками или изменением цвета.

    5. Осторожно поместите термометр в чашку и посмотрите, не изменится ли температура.

    Ожидаемые результаты

    Перед добавлением соли нет пузырей или изменения цвета. После добавления соли цвет становится зеленоватым, и на алюминии начинают образовываться пузырьки. Вскоре на алюминии начинает образовываться коричневатый материал (медь). Барботаж становится более интенсивным, и раствор теряет свой синий цвет, поскольку алюминий исчезает и образуется больше меди. Раствор также становится теплее.

  • Обсудите наблюдения студентов.

    Спросите студентов:

    Как узнать, что химическая реакция происходит, когда кусок алюминиевой фольги и хлорид натрия помещается в раствор сульфата меди II?
    Появились пузыри, изменение цвета, повышение температуры и образование другого твердого вещества.
    Что является катализатором в этой деятельности?
    Соль.
    Чем добавление соли к алюминию похоже на добавление дрожжей к перекиси водорода?
    Оба могут рассматриваться как катализаторы.Добавление дрожжей помогает перекиси водорода быстрее разлагаться, а добавление соли помогает алюминию реагировать с сульфатом меди II.

    Сообщите студентам, что синий раствор содержит ионы меди (Cu2 +). Добавление соли в раствор помогает удалить слой налета с алюминиевого куска, который находился в растворе. Это обнажает некоторое количество алюминия и позволяет электронам алюминия реагировать с ионами меди. Эти отрицательные электроны притягиваются к положительным ионам меди. Когда электроны соединяются с ионами меди, ионы становятся нейтральными атомами меди и выглядят как металлическая медь в растворе.Когда алюминий теряет свои электроны, он становится ионами алюминия, переходит в раствор и, кажется, исчезает.

  • 14.7: Катализ — Химия LibreTexts

    Цели обучения

    • Чтобы понять, как катализаторы увеличивают скорость реакции и селективность химических реакций.

    Катализаторы — это вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, но не расходуются в процессе. Катализатор, следовательно, не входит в общую стехиометрию реакции, которую он катализирует, но он должен появляться по крайней мере в одной из элементарных реакций в механизме катализированной реакции.Катализируемый путь имеет более низкое значение E a , но чистое изменение энергии, возникающее в результате реакции (разница между энергией реагентов и энергией продуктов), не зависит от присутствия катализатора ( Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Тем не менее, из-за более низкого значения E a скорость реакции катализированной реакции выше, чем скорость реакции некаталитической реакции при той же температуре. Поскольку катализатор уменьшает высоту энергетического барьера, его присутствие увеличивает скорость как прямой, так и обратной реакции на одинаковую величину.В этом разделе мы рассмотрим три основных класса катализаторов: гетерогенные катализаторы, гомогенные катализаторы и ферменты.

    Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Снижение энергии активации реакции катализатором. На этом графике сравниваются диаграммы потенциальной энергии для одностадийной реакции в присутствии и в отсутствие катализатора. Единственный эффект катализатора — снижение энергии активации реакции. Катализатор не влияет на энергию реагентов или продуктов (и, следовательно, не влияет на ΔE).(CC BY-NC-SA; анонимно)

    Катализатор влияет на E a , а не на Δ E .

    Гетерогенный катализ

    В гетерогенном катализе катализатор находится в фазе, отличной от фазы реагентов. По крайней мере, один из реагентов взаимодействует с твердой поверхностью в физическом процессе, называемом адсорбцией, таким образом, что химическая связь в реагенте становится слабой, а затем разрывается. Яды — это вещества, которые необратимо связываются с катализаторами, предотвращая адсорбцию реагентов и, таким образом, снижая или разрушая эффективность катализатора.

    Примером гетерогенного катализа является взаимодействие газообразного водорода с поверхностью металла, такого как Ni, Pd или Pt. Как показано в части (а) на рисунке \ (\ PageIndex {2} \), водородно-водородные связи разрываются и образуют отдельные адсорбированные атомы водорода на поверхности металла. Поскольку адсорбированные атомы могут перемещаться по поверхности, два атома водорода могут сталкиваться и образовывать молекулу газообразного водорода, которая затем может покинуть поверхность в обратном процессе, называемом десорбцией.Адсорбированные атомы H на поверхности металла значительно более активны, чем молекула водорода. Поскольку относительно прочная связь H – H (энергия диссоциации = 432 кДж / моль) уже разорвана, энергетический барьер для большинства реакций H 2 на поверхности катализатора существенно ниже.

    Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Гидрирование этилена на гетерогенном катализаторе. Когда молекула водорода адсорбируется на поверхность катализатора, связь H – H разрывается, и образуются новые связи M – H. Отдельные атомы H более реакционноспособны, чем газообразный H 2 .Когда молекула этилена взаимодействует с поверхностью катализатора, она вступает в ступенчатую реакцию с атомами H с образованием этана, который высвобождается. (CC BY-NC-SA; анонимно)

    На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показан процесс, называемый гидрогенизацией , в котором атомы водорода добавляются к двойной связи алкена, такого как этилен, для получения продукт, содержащий одинарные связи C – C, в данном случае этан. Гидрирование используется в пищевой промышленности для преобразования растительных масел, состоящих из длинных цепочек алкенов, в более коммерчески ценные твердые производные, содержащие алкильные цепи.Гидрирование некоторых двойных связей в полиненасыщенных растительных маслах, например, дает маргарин, продукт с температурой плавления, текстурой и другими физическими свойствами, аналогичными свойствам сливочного масла.

    Несколько важных примеров промышленных гетерогенных каталитических реакций приведены в Таблице \ (\ PageIndex {1} \). Хотя механизмы этих реакций значительно сложнее описанной здесь простой реакции гидрирования, все они включают адсорбцию реагентов на твердой каталитической поверхности, химическую реакцию адсорбированных частиц (иногда через ряд промежуточных частиц) и, наконец, десорбцию. изделий с поверхности.

    Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Некоторые коммерчески важные реакции с использованием гетерогенных катализаторов
    Коммерческий процесс Катализатор Начальная реакция Готовый коммерческий продукт
    контактный процесс V 2 O 5 или Pt 2SO 2 + O 2 → 2SO 3 H 2 SO 4
    Процесс Хабера Fe, K 2 O, Al 2 O 3 N 2 + 3H 2 → 2NH 3 NH 3
    процесс Оствальда Pt и Rh 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O HNO 3
    Реакция конверсии вода-газ Fe, Cr 2 O 3 или Cu CO + H 2 O → CO 2 + H 2 H 2 для NH 3 , CH 3 OH и других видов топлива
    паровой риформинг Ni CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 H 2
    синтез метанола ZnO и Cr 2 O 3 CO + 2H 2 → CH 3 OH CH 3 OH
    Процесс Sohio фосфомолибдат висмута \ (\ mathrm {CH} _2 \ textrm {= CHCH} _3 + \ mathrm {NH_3} + \ mathrm {\ frac {3} {2} O_2} \ rightarrow \ mathrm {CH_2} \ textrm {= CHCN} + \ mathrm {3H_2O} \) \ (\ underset {\ textrm {акрилонитрил}} {\ mathrm {CH_2} \ textrm {= CHCN}} \)
    каталитическое гидрирование Ni, Pd или Pt RCH = CHR ′ + h3 → RCH 2 -CH 2 R ′ частично гидрогенизированные масла для маргарина и т. Д.

    Гомогенный катализ

    В гомогенном катализе катализатор находится в той же фазе, что и реагент (ы).Число столкновений между реагентами и катализатором максимально, поскольку катализатор равномерно диспергирован по всей реакционной смеси. Многие гомогенные катализаторы в промышленности представляют собой соединения переходных металлов (Таблица \ (\ PageIndex {2} \)), но извлечение этих дорогостоящих катализаторов из раствора было серьезной проблемой. В качестве дополнительного барьера к их широкому коммерческому использованию многие гомогенные катализаторы можно использовать только при относительно низких температурах, и даже в этом случае они имеют тенденцию медленно разлагаться в растворе.Несмотря на эти проблемы, в последние годы был разработан ряд коммерчески жизнеспособных процессов. Полиэтилен высокой плотности и полипропилен производятся методом гомогенного катализа.

    Таблица \ (\ PageIndex {2} \): Некоторые коммерчески важные реакции с использованием гомогенных катализаторов
    Коммерческий процесс Катализатор Реагенты Конечный продукт
    Union Carbide [Rh (CO) 2 I 2 ] CO + CH 3 OH CH 3 CO 2 H
    гидропероксидный процесс Комплексы Mo (VI) CH 3 CH = CH 2 + R – O – O – H
    гидроформилирование Rh / PR 3 комплексы RCH = CH 2 + CO + H 2 RCH 2 CH 2 CHO
    адипонитрил процесс Ni / PR 3 комплексы 2HCN + CH 2 = CHCH = CH 2 NCCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CN, используемый для синтеза нейлона
    полимеризация олефинов (RC 5 H 5 ) 2 ZrCl 2 CH 2 = CH 2 — (CH 2 CH 2 -) n : полиэтилен высокой плотности

    Ферменты

    Ферменты, катализаторы, встречающиеся в природе в живых организмах, представляют собой почти все белковые молекулы с типичной молекулярной массой 20 000–100 000 а.е.м.Некоторые из них представляют собой гомогенные катализаторы, которые вступают в реакцию в водном растворе в клеточном отделении организма. Другие представляют собой гетерогенные катализаторы, встроенные в мембраны, которые отделяют клетки и клеточные компартменты от их окружения. Реагент в реакции, катализируемой ферментами, называется субстратом .

    Поскольку ферменты могут увеличивать скорость реакции в огромных количествах (до 10 17 раз по сравнению с некаталитической скоростью) и имеют тенденцию быть очень специфичными, обычно производя только один продукт с количественным выходом, они являются предметом активных исследований.В то же время ферменты обычно дороги в получении, они часто перестают функционировать при температурах выше 37 ° C, имеют ограниченную стабильность в растворе и обладают такой высокой специфичностью, что ограничиваются превращением одного конкретного набора реагентов в один конкретный продукт. . Это означает, что для химически подобных реакций необходимо разрабатывать отдельные процессы с использованием разных ферментов, что отнимает много времени и является дорогостоящим. К настоящему времени ферменты нашли лишь ограниченное промышленное применение, хотя они используются в качестве ингредиентов в моющих средствах для стирки, средствах для чистки контактных линз и размягчителях мяса.Ферменты в этих приложениях, как правило, представляют собой протеазы, которые способны расщеплять амидные связи, удерживающие вместе аминокислоты в белках. Например, размягчители мяса содержат протеазу под названием папаин, которую выделяют из сока папайи. Он расщепляет некоторые длинные волокнистые белковые молекулы, которые делают недорогие нарезы говядины жесткими, в результате чего получается более нежный кусок мяса. Некоторые насекомые, такие как жук-бомбадир, несут фермент, способный катализировать разложение перекиси водорода до воды (рис. \ (\ PageIndex {3} \)).

    Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): механизм каталитической защиты. Обжигающий спрей с неприятным запахом, излучаемый этим жуком-бомбардиром, образуется в результате каталитического разложения \ (\ ce {h3O2} \).

    Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментами, путем связывания с определенной частью фермента и, таким образом, замедления или предотвращения реакции. Поэтому необратимые ингибиторы эквивалентны ядам в гетерогенном катализе. Одним из старейших и наиболее широко используемых коммерческих ингибиторов ферментов является аспирин, который избирательно подавляет один из ферментов, участвующих в синтезе молекул, вызывающих воспаление.Создание и синтез родственных молекул, более эффективных, более селективных и менее токсичных, чем аспирин, являются важными задачами биомедицинских исследований.

    Сводка

    Катализаторы участвуют в химической реакции и увеличивают ее скорость. Они не входят в общее уравнение реакции и не расходуются во время реакции. Катализаторы позволяют реакции протекать по пути, который имеет более низкую энергию активации, чем некаталитическая реакция. При гетерогенном катализе катализаторы обеспечивают поверхность, с которой реагенты связываются в процессе адсорбции.При гомогенном катализе катализаторы находятся в той же фазе, что и реагенты. Ферменты — это биологические катализаторы, которые приводят к значительному увеличению скорости реакции и имеют тенденцию быть специфичными для определенных реагентов и продуктов. Реагент в реакции, катализируемой ферментами, называется субстратом. Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментами.

    17.6: Катализаторы и катализ — Chemistry LibreTexts

    Цели обучения

    Убедитесь, что вы полностью понимаете следующие важные идеи, которые были представлены выше.Особенно важно, чтобы вы знали точное значение всех выделенных зеленым цветом терминов в контексте этой темы.

    • Что такое катализаторы и как они действуют, изменяя параметры реакции?
    • Опишите сходства и различия между тремя основными классами катализаторов.
    • Определите физическую сорбцию и хемосорбцию и объясните роль последней в инициировании каталитического события.
    • В чем смысл и значение Принцип Сабатье ?
    • Каковы принципиальные различия между механизмами гетерогенного катализа Langmuir-Hinshelwood и Eley-Rideal ?
    • Опишите роль комплекса фермент-субстрат .
    • Каким образом особые свойства аминокислот , окружающих активный центр фермента, могут способствовать его каталитическому эффекту?
    • Опишите модели действия ферментов с замком и ключом, и , индуцированные подгонкой, .
    • Объясните функцию и значение аллостерических сайтов на ферменте.

    Это почти похоже на волшебство! Смесь газообразных H 2 и O 2 может сосуществовать неопределенно долго без какой-либо обнаруживаемой реакции, но если платиновую проволоку нагреть, а затем погрузить в газовую смесь, реакция протекает мягко, так как выделяющееся при реакции тепло заставляет проволоку светиться докрасна. Катализаторы играют важную роль в нашей современной индустриальной экономике, в заботе об окружающей среде и во всех биологических процессах.Этот урок познакомит вас с удивительным миром катализаторов и поможет понять, что они из себя представляют и как работают.

    Что такое катализаторы?

    Катализаторы не влияют на константу равновесия и, следовательно, на равновесный состав. Катализаторы — это вещества, которые ускоряют реакцию, но не потребляются ею и не фигурируют в итоговом уравнении реакции. Также — и это очень важно — катализаторы одинаково влияют на скорость прямого и обратного хода ; это означает, что катализаторы не влияют на константу равновесия и, следовательно, на состав состояния равновесия.Таким образом, катализатор (в данном случае серная кислота) может быть использован для ускорения обратимой реакции, такой как образование сложного эфира или его обратный гидролиз сложного эфира:

    Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Реакции, катализируемые кислотой.

    Катализатор не влияет на константу равновесия или направление реакции. Направление можно контролировать, добавляя или удаляя воду (принцип Ле Шателье).

    Катализаторы функционируют, позволяя реакции протекать через альтернативный механизм, требующий меньшей энергии активации.Это изменение вызвано особым взаимодействием между катализатором и компонентами реакции. Вы помните, что константа скорости реакции является экспоненциальной функцией энергии активации, поэтому даже небольшое уменьшение \ (E_a \) может дать впечатляющее увеличение скорости.

    Катализаторы обеспечивают альтернативные пути реакции

    Катализаторы

    условно делятся на две категории: гомогенные и гетерогенные . Ферменты , природные биологические катализаторы, часто включаются в первую группу, но поскольку они обладают некоторыми свойствами обоих, но обладают некоторыми очень особыми свойствами, мы будем рассматривать их здесь как третью категорию.

    Некоторые общие примеры катализа

    Как сжечь сахарный кубик

    При нагревании кусочек сахара (сахароза) плавится при 185 ° C, но не горит. Но если натереть кубик сигаретным пеплом, он сгорит перед расплавлением из-за каталитического действия следов соединений металлов в золе.

    Платина как катализатор окисления

    Поверхность металлической платины является эффективным катализатором окисления многих паров топлива. Это свойство используется в беспламенных походных печах (слева).Изображение справа показывает светящуюся платиновую проволоку, нагретую за счет медленного горения аммиака на ее поверхности. Однако если окунуть нагретую Pt проволоку в жидкий аммиак , получится миниатюрный взрыв: см. Видео ниже.

    Это окисление аммиака кислородом, катализируемое нагретой платиновой проволокой. Кислород барботируется через раствор аммиака, в котором он смешивается с присутствующим газообразным аммиаком. В результате реакции платиновая проволока загорается, а горячая проволока воспламеняет смесь аммиака и кислорода.{–1} \]

    В отсутствие примесей эта реакция протекает очень медленно, но различные вещества, начиная от йода, оксидов металлов и следовых количеств металлов, значительно ускоряют реакцию, в некоторых случаях почти взрывоопасно из-за быстрого выделения тепла. Наиболее эффективным катализатором из всех является фермент каталаза , присутствующий в крови и внутриклеточных жидкостях; добавление капли крови к раствору 30% перекиси водорода вызывает бурную реакцию.

    Быстрое высвобождение O 2 может привести к эффектной пены для ванны, если добавить немного мыла.[Эта же реакция использовалась для запуска гоночного автомобиля!

    Иодид калия эффективно катализирует осаждение H 2 O 2 . В этом коротком видео показано, что происходит при объединении цветного мыла, H 2 O 2 и KI. Но «не пробуйте это у себя дома»!

    Каждый тип катализатора способствует разному пути со своей собственной энергией активации. Поскольку скорость является экспоненциальной функцией от E a (уравнение Аррениуса), даже относительно небольшие различия в E a могут иметь драматическое влияние на скорость реакции.Обратите особое внимание на значения для каталазы; химик по-прежнему остается непрофессионалом по сравнению с тем, что природа может сделать с помощью естественного отбора!

    катализатор

    Ea
    кДж / моль

    относительный коэффициент
    без катализатора 75 1
    иодид-ион 56 2140
    платина коллоидная 50 24 000
    каталаза (фермент) 21 2 900 000 000

    Как выражается каталитическая активность

    Изменения константы скорости или энергии активации являются очевидными способами измерения эффективности катализатора.Но вошли в употребление два других термина, которые имеют особое значение в промышленных приложениях.

    Оборотный номер

    Число оборотов (TON) — это среднее количество циклов, которое катализатор может пройти до того, как его характеристики ухудшатся (см.). Сообщаемые значения TON для обычных промышленных катализаторов охватывают очень широкий диапазон от 10 до 10 5 , что приближается к пределам диффузионного переноса.

    Частота оборота

    Этот термин, который первоначально применялся к реакциям, катализируемым ферментами, вошел в более широкое употребление.Это просто количество раз, когда общая каталитическая реакция происходит на катализатор (или на активный центр на ферменте или гетерогенном катализаторе) в единицу времени: определяется как

    Количество активных центров S на гетерогенном катализаторе часто трудно оценить, поэтому его часто заменяют общей площадью открытого катализатора, которую обычно можно измерить экспериментально. TOF для гетерогенных реакций обычно находится в диапазоне от 10 –2 до 10 2 с –1 .

    Гомогенный катализ

    Как следует из названия, гомогенные катализаторы присутствуют в той же фазе (газ или жидкий раствор), что и реагенты. Гомогенные катализаторы обычно вступают непосредственно в химическую реакцию (путем образования нового соединения или комплекса с реагентом), но высвобождаются в исходной форме после завершения реакции, так что они не появляются в итоговом уравнении реакции.

    Катализируемая йодом

    Цис-транс Изомеризация

    Если вы не изучаете курс органической химии, на котором ваш инструктор указывает иное, не пытается запоминать эти механизмы .Они представлены здесь с целью убедить вас, что катализ — это не черная магия, и познакомить вас с некоторыми особенностями каталитических механизмов. Вам должно быть достаточно просто убедить себя, что отдельные шаги имеют химический смысл.

    Как вы помните, цис-транс-изомерия возможна, когда атомы, связанные с каждым из двух атомов углерода с двойной связью, могут находиться на одной ( цис ) или противоположных ( транс ) сторонах связи.Это отражает тот факт, что вращение вокруг двойной связи невозможно.

    Превращение алкена между его формами цис — и транс может происходить только в том случае, если двойная связь временно разорвана, что позволяет двум концам вращаться. Процессы, которые расщепляют ковалентные связи, имеют высокую энергию активации, поэтому реакции цис-транс-изомеризации имеют тенденцию быть медленными даже при высоких температурах. Йод является одним из нескольких катализаторов, которые значительно ускоряют этот процесс, поэтому изомеризация бутена служит хорошим вводным примером гомогенного катализа.

    Считается, что механизм реакции, катализируемой йодом, включает атаку атомов йода (образованных равновесием диссоциации на одном из атомов углерода на этапе:

    Во время своего недолгого существования свободно-редикальный активированный комплекс может вращаться вокруг связи C — C, так что, когда он разлагается с высвобождением йода (), часть восстановленного бутена будет в его форме транс . Наконец, атом йода рекомбинирует в дийод.Поскольку процессы и нейтрализуются, йод не появляется в общем уравнении реакции — требование для настоящего катализатора.

    Кислотно-основной катализ

    Многие реакции катализируются присутствием кислоты или основания; во многих случаях и кислоты, и основания катализируют одну и ту же реакцию. Как и следовало ожидать, этот механизм включает добавление или удаление протона, превращая реагент в более кинетически лабильную форму. Простым примером является добавление йода к пропанону

    .

    I 2 + (CH 3 ) 2 –C = O → (CH 2 I) (CH 3 ) –C = O

    Механизм кислотно-катализируемого процесса включает несколько этапов.Роль кислоты заключается в обеспечении протона, который присоединяется к карбонильному кислороду, образуя нестабильный ион оксония. Последний быстро перегруппировывается в енол (т.е. углерод, связанный как с двойной связью ( ен ), так и с гидроксильной ( ol ) группой). Это завершает каталитическую часть процесса, которая в основном представляет собой кислотно-основную группу. (перенос протона) реакция, в которой роль протона состоит в том, чтобы отнимать электрон от кислорода кетона.

    На второй стадии енол реагирует с йодом.Изогнутые стрелки указывают на сдвиги в расположении электронов. Ниже электрон отводится с π-орбитали двойной связи одним из атомов молекулы I 2 . Это вызывает сдвиг электронов в последнем, в результате чего половина этой молекулы выбрасывается в виде иодид-иона. Другая половина йода теперь представляет собой ион йодония I + , который вытесняет протон одной из метильных групп. Образовавшийся ион карбония затем вытесняет протон -ОН с получением конечного нейтрального продукта.

    Возможно, наиболее известной реакцией, катализируемой кислотой, является гидролиз (или образование) сложного эфира — реакция, с которой большинство студентов сталкивается в лабораторных курсах органической химии. Это более сложный процесс, состоящий из пяти шагов; его механизм обсуждается здесь. См. Также этот сайт У. Калгари, который описывает реакцию, катализируемую как кислотой, так и основанием.

    Окислительно-восстановительный катализ

    Многие реакции окисления-восстановления (переноса электрона), включая прямое окисление молекулярным кислородом, протекают довольно медленно.{2 +}} \]

    Эта реакция катализируется либо Cu + , либо Cu 3+ , и скорость пропорциональна концентрации V 3+ и иона меди, но не зависит от концентрации Fe 3+ . Считается, что этот механизм состоит из двух этапов:

    1 V 3+ + Cu 2+ V 4+ + Cu + (нормировочная)
    2 Fe 3+ + Cu + Fe 2+ + Cu 2+ (очень быстро)

    (Если в качестве катализатора используется Cu + , он сначала окисляется до Cu 2+ на этапе 2.+ \]

    Катализаторы гетерогенные

    Как следует из названия, гетерогенный катализатор существует как отдельная фаза (почти всегда твердая) от фазы (чаще всего газа), в которой происходит реакция. Каталитический эффект возникает из-за разрушения (часто приводящего к диссоциации) молекул реагента, вызванного их взаимодействием с поверхностью катализатора.

    ← Модель катализатора, состоящего из кластеров из 8-10 атомов платины (синий цвет), нанесенных на поверхность оксида алюминия.Этот катализатор эффективно удаляет атомы водорода из пропана, превращая его в промышленно важный пропилен. [источник]

    Неуравновешенные силы на поверхностях

    Как вы помните, одно универсальное свойство материи — это слабые силы притяжения, которые возникают, когда две частицы близко подходят друг к другу. (См. Здесь для быстрого обзора.) Когда частицы имеют противоположные электрические заряды или вступают в ковалентную связь, это гораздо более сильное притяжение доминирует и определяет «химию» взаимодействующих частиц.

    Молекулярные единицы в объеме твердого тела связаны со своими соседями посредством этих сил, которые действуют в противоположных направлениях, чтобы удерживать каждую под своего рода «натяжением», которое ограничивает ее движение и способствует связности и жесткости твердого тела.

    На поверхности любого конденсированного вещества все обстоит иначе. Атомы или молекулы, которые находятся на поверхности, испытывают несбалансированные силы, которые не позволяют им принимать такие же низкие потенциальные энергии, которые характерны для внутренних единиц.(То же самое происходит с жидкостями и вызывает множество межфазных эффектов, таких как поверхностное натяжение.)

    Но в случае твердого тела, в котором силы притяжения обычно сильнее, происходит нечто гораздо более значительное. Молекулярные единицы, которые находятся на поверхности, можно рассматривать как частично погруженные в нее, а их выступающие части (и возникающие из них межмолекулярные притяжения) открыты внешнему миру. Сила притягивающего силового поля, которое исходит от твердой поверхности, варьируется в зависимости от природы атомов или молекул, составляющих твердое тело.

    Не путайте сорбцию d с сорбцией b ; последнее относится к массовому поглощению вещества внутри пористого материала. На микроскопическом уровне, конечно, поглощение также связано с адсорбцией. Процесс, при котором молекулы газа или жидкости вступают в контакт и прикрепляются к твердой поверхности, известен как адсорбция , . Адсорбция почти всегда является экзотермическим процессом, и ее сила обычно выражается энтальпией или «теплотой» адсорбции Δ H адс .

    Хемосорбция и физическая сорбция

    Обычно признаются две основные категории адсорбции, в зависимости от степени воздействия на электронную или связывающую структуру присоединенной молекулы. Когда силы притяжения возникают из-за относительно слабых ван-дер-ваальсовых взаимодействий, такой эффект невелик, и Δ H ad имеет тенденцию быть малым. Это состояние описывается как физическая адсорбция ( физическая адсорбция ). Физическая адсорбция газа на поверхности энергетически похожа на конденсацию газа в жидкость, она обычно создает несколько слоев адсорбированных молекул и протекает с нулевой энергией активации.

    Более важное значение для каталитических явлений имеет хемосорбция , при которой адсорбат связан с поверхностью, что составляет химическую связь. Возникающее в результате нарушение электронной структуры адсорбированных частиц «активирует» их и делает их подверженными химической реакции (часто диссоциации), которая не может быть легко достигнута посредством термической активации в газовой или жидкой фазе. В отличие от физадсорбции, хемосорбция обычно включает энергию активации (обеспечиваемую Δ H адс ), и адсорбированные частицы всегда являются монослоем.

    Механизмы реакций на поверхностях

    Диссоциативная адсорбция

    Самый простой гетерогенный процесс — это хемосорбция с последующим разрывом связи, как описано выше. Наиболее распространенным и тщательно изученным из них является диссоциация водорода, которая происходит на поверхности большинства переходных металлов. Одиночный 1 s электрон каждого атома водорода координируется с d орбиталями металла, образуя пару хемосорбционных связей (обозначенных красными пунктирными линиями).Хотя эти новые связи более стабильны, чем простая ковалентная связь, которую они заменяют, образующиеся в результате атомы водорода могут перемещаться по поверхности благодаря непрерывной протяженности орбитальной зоны проводимости d .

    Механизм Eley-Rideal

    Альтернативный механизм исключает вторую стадию хемосорбции; адатомы кислорода взаимодействуют непосредственно с молекулами газообразного CO , заменяя хемосорбционную связь новой связью C – O, когда они проносятся по поверхности:

    Известны примеры обоих механизмов, но механизм Ленгмюра-Хиншелвуда более важен, поскольку он использует активацию адсорбированного реагента.В случае окисления окиси углерода исследования, включающие эксперименты с молекулярными пучками, подтверждают эту схему. Ключевым свидетельством является наблюдение небольшого промежутка времени между контактом молекулы CO с поверхностью и высвобождением CO 2 , что позволяет предположить, что CO остается хемосорбированным в течение этого интервала.

    Принцип Сабатье

    Чтобы быть эффективными, эти процессы адсорбции, реакции и десорбции должны быть организованы таким образом, чтобы в значительной степени зависеть от свойств катализатора в отношении хемосорбционных свойств (Δ H адс ) реагентов и продуктов.

    • Адсорбция реагента на каталитической поверхности ( 2 ) должна быть достаточно сильной, чтобы нарушить связь внутри частиц, чтобы диссоциировать или активировать ее;
    • Если полученные фрагменты должны мигрировать в другие места на поверхности ( 3-4 ), их хемосорбция должна быть достаточно слабой, чтобы допустить это движение, но не настолько малой, чтобы они ускользнули, прежде чем у них появится возможность реагировать;
    • Продукт должен иметь достаточно малые значения Δ H ad , чтобы обеспечить их быструю десорбцию с катализатора ( 5 ), чтобы поверхность была освобождена для повторения цикла

    Важность выбора катализатора, который обеспечивает надлежащий баланс теплоты адсорбции различных компонентов реакции, известна как принцип Сабатье , но иногда его называют «правильным» или «принципом Златовласки».Помните историю Златовласки и трех медведей? … или посмотрите это видео на UTube.

    В применении к катализу этот принцип часто иллюстрируется «вулканической диаграммой», на которой скорость катализированной реакции представлена ​​как функция Δ H адс субстрата, такого как H 2 , на поверхность переходного металла.

    График слева показывает относительную эффективность различных металлов в катализе разложения муравьиной кислоты HCOOH.Вертикальная ось отложена как температура. Идея состоит в том, что чем лучше катализатор, тем ниже температура, необходимая для поддержания заданной скорости.

    Каталитический цикл

    Этот термин относится к идеализированной последовательности этапов между адсорбцией реагента на катализаторе и десорбцией продукта, завершающейся восстановлением катализатора до его исходного состояния. Типичный каталитический цикл гидрирования пропена проиллюстрирован ниже.

    Эта конкретная реакция

    H 3 C – CH = CH 2 + H 2 → H 3 C – CH 2 –CH 3

    происходит спонтанно только в обратном направлении, но он представляет процесс, используемый для гидрогенизации двойных углерод-углеродных связей в растительных маслах с получением твердых насыщенных жиров, таких как маргарин.

    Катализатор отравления и поломки

    Отравление катализатором, вызванное необратимым связыванием вещества с его поверхностью, может быть постоянным или временным. В последнем случае катализатор можно регенерировать, обычно путем нагревания до высокой температуры. В организмах многие вещества, известные нам как «яды», действуют как каталитические яды на ферменты. Если катализаторы действительно остаются неизменными, они должны работать вечно, но на практике могут происходить различные события, ограничивающие срок службы многих катализаторов.

    • Примеси в исходном сырье или продуктах побочных реакций могут постоянно связываться с достаточным количеством активных центров, что со временем снижает каталитическую эффективность, «отравляя» катализатор.
    • Физический износ катализатора или его носителя, часто вызываемый высокими температурами, иногда используемыми в промышленных процессах, может уменьшить эффективную площадь поверхности или доступность реагентов к активным центрам.

    Катализаторы, как правило, довольно дороги, поэтому желательно, чтобы их можно было повторно обработать или регенерировать для восстановления их активности.Обычной промышленной практикой является периодическая остановка технологических установок для замены отработанных катализаторов.

    Как работают гетерогенные катализаторы

    Фактические механизмы, с помощью которых адсорбция молекулы на каталитической поверхности способствует разрыву связи, сильно варьируются от случая к случаю.

    Мы приводим здесь только один пример — диссоциацию диксо гена O 2 на поверхности катализатора, способного временно отдавать электрон, который попадает на молекулярную орбиталь, разрывающую кислород, которая явно дестабилизирует связь O – O.(Как только связь разорвана, электрон возвращается к катализатору.)

    Типы каталитически активных поверхностей

    Гетерогенные катализаторы в основном зависят от одного или нескольких из следующих типов поверхностей:

    Некоторые факторы, влияющие на эффективность катализатора

    Поскольку для гетерогенного катализа требуется прямой контакт между реагентами и каталитической поверхностью, площадь активной поверхности находится в верхней части списка. В случае металлической пленки это не то же самое, что номинальная площадь пленки, измеренная линейкой; на микроскопическом уровне даже кажущиеся гладкими поверхности имеют очень неправильную форму, а некоторые полости могут быть слишком маленькими для размещения молекул реагентов.

    Рассмотрим, например, что куб платины размером 1 см (стоимостью примерно 1000 долларов) имеет номинальную площадь поверхности всего 6 см 2 . Если его разбить на 10 12 меньших кубов со сторонами 10 –6 м, общая площадь поверхности составит 60 000 см 2 , что в принципе способно увеличить скорость реакции, катализируемой Pt, в раз. из 10 4 . Эти очень мелкоизмельченные (и часто очень дорогие) металлы обычно прикрепляются к инертной опорной поверхности для максимального воздействия на них реагентов.

    Топография поверхности. На микроскопическом уровне даже кажущаяся гладкой поверхность ямчатая и неровная, и некоторые участки будут более активными, чем другие. Проникновение молекул в некоторые из более мелких каналов пористой поверхности и из них может стать ограничивающим скорость.

    В остальном гладкая поверхность всегда будет иметь множество дефектов, таких как ступеньки и углы, которые обеспечивают большую открытость и могут быть либо единственными активными участками на поверхности, либо чрезмерно активными, чтобы постоянно связываться с реагентом, уменьшая активную площадь поверхность.В одном исследовании было определено, что дефекты перегиба, составляющие всего 5 процентов поверхности платины, ответственны за более 90% каталитической активности в определенной реакции.

    Стерические факторы

    Когда хемосорбция происходит в двух или более местах на реагенте, для эффективного катализа необходимо, чтобы расстояние между активными центрами на каталитической поверхности было таким, чтобы поверхностные связи могли образовываться без значительного углового искажения.

    Таким образом, активация двойной связи этилена на поверхности никеля происходит эффективно, потому что угол между связями C-Ni и C-C близок к тетраэдрическому значению 109.Углерод 5 ° необходим sp 3 гибридная орбитальная формация. Точно так же можно ожидать, что гидрирование бензола должно эффективно протекать на поверхности, на которой активные центры расположены в диапазоне от 150 до 250 пм.

    Это одна из причин, по которой многие металлические катализаторы проявляют разную каталитическую активность на разных поверхностях кристаллов.

    Некоторые специальные типы гетерогенных катализаторов

    Металлокластерные катализаторы

    По мере того, как размер частиц катализатора уменьшается, доля более сильно экспонированных ступенчатых, краевых и угловых атомов увеличивается.Крайний случай имеет место с наноразмерными (1-2 нм) металлическими кластерными структурами, обычно состоящими из 10-50 атомов.

    [ссылка] →

    Металлическое золото, хорошо известное своей химической инертностью, проявляет очень высокую каталитическую активность, когда оно наносится в виде металлических кластеров на оксидный носитель. Например, O 2 легко диссоциирует на кластеры Au 55 , которые, как было обнаружено, эффективно катализируют окисление углеводородов [статья].

    Цеолитные катализаторы

    Цеолиты представляют собой глиноподобные алюмосиликатные твердые вещества, которые образуют микропористые структуры с открытым каркасом, которые могут содержать связанные клетки, полости или каналы, размеры которых могут быть адаптированы к размерам реагентов и продуктов.Для тех молекул, которые способны диффундировать через эти пространства, цеолиты фактически являются «всей поверхностью», что делает их высокоэффективными. Такая избирательность по размеру делает их важными для адсорбции, разделения, ионного обмена и каталитических применений. Многие цеолиты встречаются в виде минералов, но другие производятся синтетическим путем, чтобы оптимизировать их свойства.

    В качестве катализаторов цеолиты обладают рядом преимуществ, которые сделали их особенно важными в операциях «зеленой химии», в которых количество этапов обработки, количество нежелательных побочных продуктов и объемы потоков отходов сведены к минимуму.

    Ферменты и биокатализ

    «Кувшин вина, буханка хлеба и…» Ферменты!

    Это искажение уже искаженного перевода Роберта Фитцджеральда знаменитого четверостиший из чудесного Rubaiyat Омара Хайяма подчеркивает центральную роль, которую ферменты и их технологии играли в цивилизации с древних времен.

    ← Иллюстрация Эдмунда Дюлака (1882-1953)

    Ферментация и виноделие были частью истории и культуры человечества не менее 8000 лет, но признание роли катализа в этих процессах пришлось отложить до конца девятнадцатого века.К 1830-м годам были обнаружены многочисленные подобные агенты, например, те, которые способствуют перевариванию белков в желудке. Термин «фермент», означающий «дрожжевой», был придуман немецким физиологом Вильгельмом Кюне в 1876 году. В 1900 году Эдуард Бухнер (1860-1917, Нобелевская премия по химии 1907 года) показал, что брожение, которое, как ранее считалось, зависит от загадочного «Жизненная сила», содержащаяся в живых организмах, таких как дрожжи, может быть достигнута бесклеточным «прессованным соком», который он выжал из дрожжей.

    К этому времени было признано, что ферменты являются одной из форм катализаторов (термин, введенный Берцелиусом в 1835 году), но их точная химическая природа оставалась под вопросом. Оказалось, что они связаны с белками, но общее осознание того, что ферменты — это белков, началось только в 1930-х годах, когда был кристаллизован первый чистый фермент, и не стало общепринятым до 1950-х годов. Теперь ясно, что почти все ферменты являются белками, за исключением небольшого, но важного класса ферментов на основе РНК, известных как рибозимы.

    Белки состоят из длинных последовательностей аминокислот, связанных амидными связями; эта последовательность определяет первичную структуру белка. Их огромный размер (обычно 200-2000 аминокислотных единиц с общей молекулярной массой 20 000 — 200 000) позволяет им складываться сложными способами (известными как вторичные и третичные структуры), чьи конфигурации необходимы для их каталитической функции.

    Поскольку ферменты обычно намного больше, чем молекулы реагентов, на которые они действуют (известные в биохимии как субстраты ), ферментативный катализ в некотором смысле похож на гетерогенный катализ.Основное отличие состоит в том, что связывание субстрата с ферментом намного более избирательно.

    Прекурсоры и кофакторы

    Большинство ферментов возникают в виде неактивных предшественников ( зимогенов ), которые превращаются в свои активные формы в то время и в том месте, где они необходимы.

    • Например, предполагается, что ферменты, которые приводят к свертыванию крови, остаются неактивными до фактического начала кровотечения; основным активирующим фактором является воздействие на кровь белков поврежденной стенки сосуда.
    • Фермент, который катализирует образование лактозы (молочного сахара) в молочной железе, образуется во время беременности, но остается неактивным до момента рождения, когда гормональные изменения заставляют элемент-модификатор связываться с ферментом и активировать его.

    Превращение в активную форму может включать простое разрушение белка путем гидролиза соответствующей пептидной связи или присоединения фосфатной или аналогичной группы к одному из аминокислотных остатков.

    Многие ферментные белки также требуют «вспомогательных» молекул, известных как кофакторы , чтобы сделать их каталитически активными.Это могут быть простые ионы металлов (многие из микропитательных ионов Cu, Mn, Mo, V и т. Д.) Или более сложные органические молекулы, которые называются коферментами . Многие из последних — это то, что мы обычно называем витаминами . Другие молекулы, известные как ингибиторы , снижают активность ферментов; Так действуют многие лекарства и яды.

    Фермент-субстратный комплекс

    Стандартная модель кинетики фермента состоит из двухэтапного процесса, в котором фермент обратимо связывается со своим субстратом S (реагентом) с образованием комплекса фермент-субстрат ES:

    Фермент-субстратный комплекс играет роль, аналогичную активированному комплексу в традиционной кинетике, но основная функция фермента заключается в стабилизации переходного состояния.

    На второй, по существу, необратимой стадии выделяются продукт и фермент:

    Общая кинетика процесса была разработана в 1913 году немецким биохимиком Леонором Михаэлисом и его канадской ученицей Мод Ментен.

    Основная кинетическая трактовка этого процесса включает предположение, что концентрации [E] и [ES] достигают стационарных значений, которые не меняются со временем. (Подробное лечение, выходящее за рамки этого курса, можно найти здесь.)

    Общий процесс описывается уравнением Михаэлиса-Ментен , которое изображено здесь. Константа Михаэлиса k M определяется, как показано, но может быть упрощена до константы диссоциации ES k -1 / k 1 в случаях, когда диссоциация комплекса является скоростной. предельный шаг. Величина v max не наблюдается напрямую, но может быть определена из k M , как показано здесь.

    Ферменты белки

    Чтобы понять ферменты и то, как они катализируют реакции, сначала необходимо рассмотреть несколько основных понятий, касающихся белков и аминокислот, из которых они состоят.

    Аминокислоты: полярные, неполярные, положительные, отрицательные.

    21 аминокислота, из которой состоят белки, обладают основной структурой, показанной здесь, где R представляет собой водород или боковую цепь, которая сама может содержать дополнительные группы –NH 2 или –COOH.Оба типа групп могут образовывать водородные связи с водой и с полярными частями субстратов и, следовательно, вносят свой вклад в полярность и гидофильную природу аминокислоты. Боковые цепи, которые содержат более длинные углеродные цепи и особенно бензольные кольца, имеют противоположный эффект и имеют тенденцию делать аминокислоту неполярной и гидрофобной.

    pK a ионизируемой группы — это pH, при котором половина этих групп будет ионизирована. Например, если группа –COOH имеет pK , то равно 2.5, он будет существовать почти полностью в этой форме при pH около 1,5 или меньше, и в виде отрицательного иона –COO при pH выше около 3,5.

    Обе группы –NH 2 и –COOH являются ионизируемыми (т.е. они могут действовать как доноры или акцепторы протонов), и когда они находятся в ионной форме, они будут иметь электрический заряд. Группы –COOH имеют pKa в диапазоне 1,8–2,8 и, следовательно, будут находиться в их ионизированных формах –COO при обычных значениях клеточного pH около 7.4. РКа аминогруппы составляет около 8,8-10,6, поэтому они также обычно находятся в ионизированной форме NH 3 + .

    Это означает, что при обычном клеточном pH как карбоксильная, так и аминогруппа будут ионизированы. Но поскольку заряды имеют противоположные знаки, аминокислота, не имеющая дополнительных ионизируемых групп в боковой цепи, будет иметь нулевой чистый заряд. Но если боковая цепь содержит дополнительную амино- или карбоксильную группу, аминокислота может нести чистый электрический заряд.На следующей диаграмме показаны типичные аминокислоты, которые попадают в каждую из описанных выше групп.

    Для ясности здесь показаны только заряды в боковых цепях, но, конечно, карбоксильные и аминогруппы в головном конце каждой аминокислоты также будут ионизированы. Маленькие зеленые числа — это значения pK и . См. Здесь полный список аминокислот, которые встречаются в белках.

    Белки

    Белки состоят из одной или нескольких цепочек аминокислот, связанных друг с другом пептидными связями путем удаления молекулы воды.

    Продукт, показанный выше, называется пептидом , в частности, это дипептид , потому что он содержит две аминокислоты остатков (то, что осталось после удаления воды). Белки — это просто очень длинные полипептидные цепи, или их комбинации. (Различие между длинным полипептидом и маленьким белком довольно нечеткое!)

    Глобулярные белки

    Большинство ферментов попадают в категорию глобулярных белков .В отличие от волокнистых белков , которые образуют структурные компоненты тканей, глобулярные белки растворимы в воде и редко имеют какие-либо систематические третичные структуры. Они состоят из одной или нескольких аминокислотных цепей (« пептид »), которые складываются в различные формы, которые можно примерно описать как сферические — отсюда термин «глобулярный» и суффикс «глобин», который часто добавляется к их названия, например, «гемоглобин».

    Сворачивание белка — это спонтанный процесс, на который влияет ряд факторов.Одна из них, очевидно, является их первичной аминокислотной последовательностью, которая способствует образованию внутримолекулярных связей между аминокислотами в различных частях цепи. Они состоят в основном из водородных связей, хотя нередки дисульфидные связи S-S между серосодержащими аминокислотами.

    В дополнение к этим внутримолекулярным силам важную роль играют взаимодействия с окружающей средой. Наиболее важным из них является гидрофобный эффект , который способствует конформациям складывания, в которых полярные аминокислоты (которые образуют водородные связи с водой) находятся снаружи, в то время как так называемые гидрофобные аминокислоты остаются в защищенных местах в пределах складки.

    Как работают ферменты: активный центр

    Каталитический процесс, опосредованный ферментом, происходит в углублении или щели, в результате чего субстрат подвергается воздействию лишь нескольких из сотен и тысяч аминокислотных остатков в белковой цепи. Высокая специфичность и активность ферментативного катализа чувствительно зависят от формы этой полости и от свойств окружающих аминокислот

    В 1894 году, задолго до того, как стало ясно, что ферменты являются белками, немецкий химик Эмиль Фишер предложил так называемую модель «замок-и-ключ» как способ понять, как данный фермент может специфически действовать только на один вид молекул субстрата.Эта модель, по сути, является развитием той, которую мы все еще используем для объяснения гетерогенного катализа.

    Хотя базовая модель с замком и ключом продолжает оставаться полезной, она была изменена в то, что теперь называется моделью с принудительной подгонкой, . Это предполагает, что, когда субстрат входит в активный сайт и взаимодействует с окружающими частями аминокислотной цепи, он изменяет форму активного сайта (и, возможно, других частей фермента), чтобы он мог более полно взаимодействовать с субстратом.

    Одним из важных шагов в этом процессе является выдавливание любых молекул воды, которые связаны с субстратом и могут помешать его оптимальному расположению.

    Внутри активного центра специфические взаимодействия между субстратом и соответствующим образом заряженными, гидрофильными и гидрофобными аминокислотами активного центра затем стабилизируют переходное состояние, искажая молекулу субстрата таким образом, чтобы привести к переходному состоянию, имеющему существенно более низкую активацию. энергии, чем может быть получен обычным неферментативным катализом.Помимо этого, основные каталитические стадии являются довольно обычными, причем наиболее распространенными являются кислотно-щелочной и нуклеофильный катализ.

    Для очень ясной и поучительной иллюстрации типичной многоступенчатой ​​последовательности типичной реакции, катализируемой ферментами, см. Эту страницу онлайн-учебника Марка Бишопа, из которого взята эта иллюстрация.

    Регулирование и ингибирование ферментов

    Если бы все ферменты в организме были активны все время, результатом был бы хаос.Большинство клеточных процессов, таких как производство и использование энергии, деление клеток и расщепление продуктов метаболизма, должны протекать в изящно отлаженной и точно настроенной манере, как в большом симфоническом оркестре; Здесь нет места джазовой импровизации!

    Природа придумала различные способы достижения этого; мы описали действие предшественников и коферментов. Здесь мы сосредоточимся на одном из наиболее важных (и химически интересных) регуляторных механизмов.

    Аллостерическая регуляция: настройка активного сайта

    Существует важный класс ферментов, которые обладают особыми сайтами (отличными от каталитически активных сайтов), с которыми определенные внешние молекулы могут обратимо связываться.Хотя эти аллостерические сайты , как их называют, могут быть довольно далеко от каталитических сайтов, эффект связывания или высвобождения этих молекул должен запускать быстрое изменение в паттерне укладки фермента, которое изменяет форму активный сайт. Эффект состоит в том, чтобы позволить сигнальной или регуляторной молекуле (часто очень маленькой, такой как NO) модулировать каталитическую активность активного сайта, эффективно включая или выключая фермент.

    В некоторых случаях продукт катализируемой ферментом реакции может сам связываться с аллостерическим сайтом, снижая активность фермента и, таким образом, обеспечивая отрицательную обратную связь, которая помогает поддерживать продукт в желаемой концентрации.Считается, что таким образом регулируются концентрации ионов в плазме, таких как кальций, и энергоснабжающего АТФ.

    Аллостерические ферменты — это больше, чем просто катализаторы: они действуют как контрольные точки в метаболических и клеточных сигнальных сетях. Аллостерические ферменты часто стоят в начале последовательности ферментов в метаболической цепи или в точках разветвления, где две такие цепи расходятся, действуя очень сильно. как светофоры на перегруженных перекрестках.

    Ингибирование ферментов

    Как и в случае с гетерогенными катализаторами, некоторые молекулы, отличные от нормального субстрата, могут быть способны проникать и удерживаться в активном центре, чтобы конкурентно ингибировать активность фермента.Так работают пенициллин и родственные ему антибиотики; эти молекулы ковалентно связываются с аминокислотными остатками в активном центре фермента, который катализирует образование важного компонента стенок бактериальных клеток. Когда клетка делится, новообразованное потомство по существу распадается.

    Ферменты вне клетки

    Концепция художника Майка Перкинса об иммобилизованном ферменте внутри функционализированной нанопористой поры кремнезема. Фермент показан зеленым цветом, а положительно заряженные области показаны красным.Синие структуры внутри пор представляют собой отрицательно заряженные функциональные группы, добавленные к мезопористому диоксиду кремния, чтобы создать благоприятную химическую среду для фермента. Благоприятная среда в каждой поре привлекает молекулу фермента в незанятую пору. Эта среда стабилизирует и увеличивает химическую активность фермента, позволяя ему преобразовывать вредные материалы субстрата (фиолетовые частицы) в полезные или безвредные продукты (желтые и красные частицы). [ссылка]

    Ферменты уже очень давно широко используются в пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности и производстве моющих средств, но в основном в виде неочищенных экстрактов целых клеток.

    В последние годы развитие биотехнологии и постепенный переход промышленности от нефтяного сырья и растворителей к так называемой «зеленой» химии сделали ферменты более привлекательными в качестве промышленных катализаторов. По сравнению с последними очищенные ферменты, как правило, дороги, их трудно перерабатывать, и они нестабильны за пределами довольно узких диапазонов температуры, pH и состава растворителя.

    Иммобилизованные ферменты

    Многие проблемы, связанные с использованием свободных ферментов, можно преодолеть путем иммобилизации фермента.Это можно сделать несколькими способами:

    Связывание фермента с инертным твердым поддерживающим материалом
    Впервые это было сделано в 1916 году с использованием древесного угля или гидроксида алюминия. С 1960-х годов, когда этот метод стал более популярным, широкое распространение получили синтетические полимеры, часто предназначенные для конкретного применения. Также были использованы некоторые природные биополимеры, такие как целлюлоза или крахмал, и неорганические твердые вещества, такие как диоксид кремния и оксид алюминия.
    Улавливание фермента в пористом материале
    Полимеризация акриламида в присутствии фермента дает пористый гель, который обеспечивает свободную диффузию субстрата и продуктов. Другие материалы, используемые для этой цели, включают натуральные гели, такие как альгинат (полученный из морских водорослей), пористый кремнезем или твердые частицы керамики и цеолиты.
    Сшитые ферменты
    Если фермент химически связан с другим веществом (обычно очень маленькой молекулой), полученное твердое вещество, известное как сшитый агрегат фермента, может сохранять высокую каталитическую эффективность в очень широком диапазоне условий. Более недавняя связанная разработка включает осаждение менее очищенной формы фермента (например, путем добавления этиленгликоля или сульфата аммония) с последующим сшиванием полученных агрегатов.
    [изображения ↑]

    Ссылки: подробнее

    Катализ

    1. Гади Ротенберг- Катализ: концепции и экологические приложения (Wiley-VCH, 2008)
    2. Р.А. ван Сантан, М. Нейрок — Молекулярный гетерогенный катализ: концептуальный и вычислительный подход (Wiley-VCH, 2006)
    3. История катализа: список веб-страниц, включая пятьдесят лет катализа — список основных достижений в области 1949–1999. Более подробные страницы истории из Великобритании
    4. Катализ и его приложения — очень читаемый и интересный отчет о приложениях катализа в различных промышленно важных областях.

    Авторы и авторство

    Влияние катализаторов на скорость реакции

    Катализаторы и энергия активации

    Для увеличения скорости реакции нужно увеличить количество успешных столкновений. Один из возможных способов сделать это — предоставить альтернативный способ протекания реакции, который имеет более низкую энергию активации.

    Другими словами, переместить энергию активации на график так:

    
     

    Как и раньше, частицы, которым не хватает энергии в определенное время, когда-нибудь в будущем будут получать энергию от случайных столкновений, так же как другие частицы будут терять энергию.Вы не должны представить себе, что частицы в синей области графика никогда не могут реагировать — учитывая время, они будут.

    Добавление катализатора дает именно такой эффект сдвига энергии активации. Катализатор обеспечивает альтернативный путь реакции. Этот альтернативный путь имеет более низкую энергию активации. Отображение этого в энергетическом профиле:

    Предупреждение!

    Будьте очень осторожны, если вас спросят об этом на экзамене.Правильная форма слова —

    «Катализатор обеспечивает альтернативный путь реакции с более низкой энергией активации».

    Это не , а «снижает энергию активации реакции». Там есть тонкое различие между двумя утверждениями, которое легко проиллюстрировать простой аналогией.

    Предположим, у вас есть гора между двумя долинами, и единственный способ добраться из одной долины в другую — через гору.Из одной долины в другую удастся попасть только самым активным людям.

    Теперь предположим, что через гору прорезан туннель. Гораздо большему количеству людей теперь удастся добраться из одной долины в другую по этому более легкому маршруту. Можно сказать, что туннельный маршрут имеет более низкую энергию активации, чем переход через гору.

    Но вы же гору не спустили! Туннель предоставил альтернативный маршрут, но не снизил первоначальный. Первоначальная гора все еще там, и некоторые люди все равно решат подняться на нее.

    В случае химии, если частицы сталкиваются с достаточной энергией, они все равно могут реагировать точно так же, как если бы катализатора там не было. Просто большинство частиц будет реагировать более легким каталитическим путем.

    Наука упрощена: что такое катализаторы?

    Автор: Министерство энергетики США. 18 мая 2021 г.

    Настоящий катализатор (фоновое изображение) и схема каталитической стадии (изображение переднего плана). Реагирующие молекулы (слева) приобретают энергию, чтобы преодолеть энергетический барьер и преобразоваться в молекулы продукта (справа).Предоставлено: Изображение любезно предоставлено Аргоннской национальной лабораторией

    .

    Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию или снижает температуру или давление, необходимые для ее начала, но при этом само не расходуется во время реакции. Катализ — это процесс добавления катализатора для облегчения реакции.

    Во время химической реакции связи между атомами в молекулах разрываются, перестраиваются и восстанавливаются, рекомбинируя атомы в новые молекулы. Катализаторы делают этот процесс более эффективным за счет снижения энергии активации, которая представляет собой энергетический барьер, который необходимо преодолеть для протекания химической реакции.В результате катализаторы облегчают разрушение атомов и образование химических связей для образования новых комбинаций и новых веществ.

    Использование катализаторов приводит к более быстрым и энергоэффективным химическим реакциям. Катализаторы также обладают ключевым свойством, называемым селективностью, с помощью которого они могут направлять реакцию для увеличения количества желаемого продукта и уменьшения количества нежелательных побочных продуктов. Они могут производить совершенно новые материалы с совершенно новыми возможностями использования.

    За последние несколько десятилетий ученые разработали все более специализированные катализаторы для важнейших реальных приложений.В частности, мощные катализаторы изменили химическую промышленность. Эти достижения привели к появлению биоразлагаемых пластиков, новых фармацевтических препаратов, а также экологически безопасных видов топлива и удобрений.

    Быстрые факты
    • Люди используют катализаторы тысячи лет. Например, дрожжи, которые мы используем для приготовления хлеба, содержат ферменты, которые являются естественными катализаторами, которые способствуют превращению муки в хлеб.
    • Нобелевская премия по химии 2005 г. была присуждена трем исследователям (Ив Шовен, Роберт Х.Граббс и Ричард Р. Шрок) за их работу по катализаторам метатезиса. Доктора Граббс и Шрок были частично профинансированы Министерством энергетики на их исследования, удостоенные Нобелевской премии. Доктор Шрок продолжает финансироваться Министерством энергетики.
    • Нобелевская премия по химии 2018 года была присуждена Фрэнсис Х. Арнольд за ее новаторскую работу по управлению эволюцией ферментов для таких безвредных для окружающей среды приложений, как возобновляемые виды топлива. Частично она финансируется Министерством энергетики США.
    • Посетите Аргоннскую национальную лабораторию, чтобы узнать еще семь фактов о катализе, которых вы, возможно, не знали.
    Департамент науки Министерства энергетики США: вклад в исследования катализаторов

    Программа по фундаментальным энергетическим наукам Министерства энергетики (DOE) активно поддерживает фундаментальные исследования катализаторов. DOE фокусируется на разработке новых катализаторов и на использовании катализаторов для контроля химических превращений на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Исследования Министерства энергетики делают упор на понимание этих реакций и на то, как сделать их более эффективными и целенаправленными. Основная цель Министерства энергетики — разработать новые концепции катализа и новых катализаторов, чтобы помочь промышленности производить топливо и химические вещества из ископаемого и возобновляемого сырья более эффективно и устойчиво.Это исследование помогает продвигать солнечное топливо, которое компании производят с использованием солнца и обычных химических веществ, таких как углекислый газ и азот. Это исследование также создает передовые методы преобразования использованного пластика в новые продукты.

    Химические реакции и катализаторы — Science Learning Hub

    Химическая реакция включает химическое изменение, которое происходит при взаимодействии двух или более частиц (которые могут быть молекулами, атомами или ионами). Например, когда железо и кислород вступают в реакцию, они превращаются в новое вещество, оксид железа (ржавчину).Оксид железа имеет химические свойства, отличные от железа и кислорода. Это отличается от физического изменения. Например, вода может превратиться в лед, но лед остается водой в другом физическом состоянии — лед и вода имеют одинаковые химические свойства.

    Когда химические вещества вступают в реакцию, частицы должны сталкиваться друг с другом с достаточной энергией, чтобы произошла реакция. Чем чаще они сталкиваются, тем больше вероятность их реакции. Не все столкновения приводят к реакции — часто для этого не хватает энергии.

    Некоторые реакции происходят быстрее других. Скорость зависит от вероятности столкновения частиц. На скорость реакции влияет ряд вещей.

    • Концентрация — Чем больше частиц, тем больше вероятность столкновения.
    • Температура — Частицы перемещаются больше при более высоких температурах, поэтому вероятно больше столкновений, и столкновения будут иметь больше энергии.
    • Давление — Частицы в газах очень разбросаны.Если вы увеличиваете давление, частицы прижимаются друг к другу, поэтому вероятность столкновения увеличивается.
    • Площадь поверхности — Если одно из реагирующих химикатов является твердым, столкнуться могут только частицы на поверхности. Чем больше поверхность, тем быстрее реакция. Более мелкие частицы имеют большую площадь поверхности для своего размера, чем более крупные. Это объясняет, почему порошок обычно реагирует быстрее, чем комки.
    • Катализаторы — Катализатор — это вещество, которое изменяет скорость химической реакции, но остается химически неизменным в конце реакции.Ингибитор делает обратное — замедляет химические реакции.

    Катализаторы

    Катализаторы играют важную роль во многих химических процессах. Они увеличивают скорость реакции, не расходуются в реакции и необходимы только в очень небольших количествах.

    Катализаторы работают двумя основными способами.

    Адсорбция

    Частицы прилипают к поверхности катализатора (так называемая адсорбция), а затем перемещаются, поэтому они с большей вероятностью столкнутся и вступят в реакцию.Хорошим примером является то, как платиновый катализатор в автомобильном каталитическом нейтрализаторе превращает токсичный монооксид углерода в менее токсичный диоксид углерода.

    Промежуточные соединения

    В этом процессе катализатор сначала соединяется с химическим веществом, образуя новое соединение. Это новое соединение нестабильно, поэтому оно разрушается, высвобождая другое новое соединение и оставляя катализатор в его первоначальной форме. Так работают многие ферменты (специальные биологические катализаторы). Многие промышленные химические процессы используют такие катализаторы.

    Один из примеров катализатора, который включает промежуточное соединение, можно найти высоко в атмосфере Земли. Там, наверху, химический озон (с молекулами, содержащими три атома кислорода) помогает защитить Землю от вредного ультрафиолетового излучения. Но есть еще и хлор, который попадает в атмосферу из химических веществ (хлорфторуглеродов, CFC), используемых в некоторых холодильниках, кондиционерах и аэрозольных баллончиках.

    Хлор — это катализатор, который отнимает атом кислорода у озона (O 3 ), оставляя стабильный кислород (O 2 ).В то же время он образует нестабильное промежуточное хлор-кислородное соединение, которое распадается с выделением кислорода. Это оставляет хлор свободным, чтобы повторить процесс. Один атом хлора может уничтожить около миллиона молекул озона каждую секунду. Это может сильно повлиять на способность атмосферы защищать нас от УФ-излучения.

    Полезная ссылка

    Посмотрите демонстрацию того, как платина действует как катализатор, с объяснением использования платины в каталитических преобразователях в этом видео от BBC.