29Июл

На что влияет катализатор: что это, штраф за езду без него, прохождение техосмотра :: Autonews

Содержание

Ресурс катализатора напрямую влияет на выхлопную систему авто

Химический состав выхлопных газов современных автомобилей включает большой спектр токсичных элементов. Чтобы защитить атмосферу от вредных веществ, были разработаны каталитические нейтрализаторы (КН), но, чаще всего, их называют просто «катализаторами».

Устройства устанавливают в машины, работающие как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. Назначение приспособления вытекает из принципов его работы. Также речь пойдет о последствиях, наступающих при вынимании катализатора из транспортного средства.

Устройство каталитического нейтрализатора

Без исправного катализатора невозможно представить корректную работу выхлопной системы современного ТС. Она содержит нейтрализатор, который состоит из следующих элементов:

  • корпуса из металла, включающего патрубки для поступления и вывода токсичных веществ;
  • монолитного блока из керамики, имеющего ячеистую фактуру;
  • особой «прокладки» для преобразования вредных веществ, представляющей собой покрытие ячеистой фактуры;
  • защитного кожуха из металла.

Стоит отметить, что «классическое» устройство катализатора автомобиля предполагает использование для конструкции драгметаллов. В некоторых моделях они заменены на золотые вкрапления, что позволило снизить себестоимость производства.

Устройство катализатора нацелено на нейтрализацию окислов азота, угарного газа и углеводорода. Благодаря этому устройства стали называть трехкомпонентными. Оксиды азота являются компонентом смога, вызывают кислотные дожди (вред для человека). Если в воздухе отмечается большая концентрация угарного газа, то это может навредить окружающим людям. Что касается углеводородов, то они также оказывают на организм человека вредное воздействие, когда превышена допустимая концентрация.

Принцип действия катализатора

Если детально разобрать принцип работы катализаторов, то можно выделить несколько стадий, идущих по порядку:

  1. Токсичные вещества поступают в блоки из керамики, в которых идет распределение по ячейкам до полного заполнения.
  2. Драгметаллы вступают в реакцию с углеводородами, преобразуя их в пар. Окисление действует и на угарный газ, превращая его в углекислый. Родий служит для преобразования оксида азота.
  3. На выходе получаются в достаточной степени безопасные химические соединения.

Для дизельных двигателей предусмотрен дополнительный элемент катализатора — сажевый фильтр. В некоторых моделях элементы располагаются отдельно. Дополнительный элемент позволяет дополнительно снижать концентрацию вредных веществ.

Чтобы эффективно преобразовывать вредные вещества, необходима высокая рабочая температура. Первичное преобразование начинается только с 300 градусов по Цельсию. Как правило, идеальной рабочей температурой считается промежуток от 400 до 800°С. Если катализатор нагревается сильнее, то это быстро выведет его из строя.

Существуют не только керамические нейтрализаторы, способные выдерживать высокие температуры. Заменой можно считать металлическую матрицу из гофрированной фольги. Принцип работы очень схож, так как используются одни и те же драгметаллы.

Срок службы катализатора

Принято измерять срок службы изделия в километрах пробега. Усредненным показателем выработки считает 100 тысяч километров. Если же правильно эксплуатировать устройство, то ресурс катализатора можно увеличиться до 200 тысяч километров.

Главные причины преждевременных поломок катализаторов: какие-либо неполадки и сложности с двигателем и характеристики используемого топлива. Стоит отметить, что обедненная смесь приводит к перегревам, а богатая засоряет пористый блок небольшими сегментами несгоревшего топлива. Остатки усложняют процесс нейтрализации вредных химических элементов, что снижает сроки службы КН

.

Не стоит забывать и о механическом воздействии, которое также может значительно сократить срок эксплуатации каталитического нейтрализатора. Особый вред наносится керамическим нейтрализатором. Возникающие трещины, даже самые мельчайшие, ведут к быстрому износу блоков.

На что влияет катализатор? Особое оснащение бортового компьютера служит для фиксации даже малейших неисправностей различных узлов, включая и нейтрализатор. Если возникли неполадки, на приборную панель поступит сообщение об ошибке. Кроме того, неисправность приведет к появлению дребезжания и повышенному расходу топлива. При возникновении вышеописанных проблем важно заменить устройство на новое.

Так как починить катализатор затруднительно, а иногда и невозможно, то многие владельцы транспортных средств просто выбрасывают их. Также конструкция не представляет возможности почистить устройство.

Если катализатор вышел из строя, то важно удостовериться в этом на станции технического обслуживания. Когда «диагноз» подтвержден, то у владельца авто есть несколько вариантов решения, в частности:

  • приобрести новый каталитический нейтрализатор;
  • самостоятельно удалить деталь, а в бортовой компьютер загрузить обновления;
  • установить обманное устройство на кислородный датчик.

В последнем случае можно использовать либо электрическую, либо механическую «обманку». Стоит отметить, что автомобилист вынужден будет мириться с повышенным расходом топлива при запуске, а также неприятным запахом.

В случае приобретения нового устройства на руках останется старый катализатор. Так как в его состав входят драгоценные металлы, предназначенные для нейтрализации вредных продуктов сгорания бензина, то есть возможность сдать каталитический нейтрализатор в особый пункт приема за достойное вознаграждение.

Стоит отметить, что извлечение драгоценных металлов собственными силами – практически невыполнимая задача. Для этого потребуется особое технологическое оборудование. Приобретать его для разового извлечения металла — очень затратное мероприятие. Особое технологическое оборудование стоит покупать только для извлечения драгоценных металлов в промышленных масштабах. Так как суммарный вес палладия, родия и платины (в некоторых моделях золота) не превышает 0,1 грамма, то только при достаточно больших объемах переработки можно получить прибыль. Наша компания специализируется на извлечении драгоценных металлов из старых катализаторов.

Катализатор – развеиваем мифы о его использовании

Если проверить выхлопные газы, которые выходят из картера двигателя любого автомобиля, то можно наблюдать достаточно высокий уровень концентрации вредных химических соединений, которые попадая в окружающую среду – загрязняют ее. Именно для борьбы с такими выбросами был придуман и сконструирован каталитический нейтрализатор, или как его еще называют — катализатор. Основная задача данного устройства — окислить опасные вредные соединения, превратив их в относительно безопасные для экологии.

Уже сегодня трудно представить любой современный автомобиль, выхлопная система которого неукомплектованная катализатором еще с конвейера. Но все равно, про этот узел выхлопной системы часто можно услышать множество домыслов и мифов. Многие автомобилисты практически уверены, что каталитический нейтрализатор – в основном ненужная вещь, которая к тому же, еще и снижает мощность двигателя. В этом материале мы решили положить конец домыслам о катализаторах, и разобраться с самыми распространенными мифами относительно этого узла выхлопной системы.

Миф 1. Топливо, которое недогорело в двигателе – догорает в катализаторе

Это не совсем так. Как мы уже отмечали выше, каталитический нейтрализатор окисляет вредные соединения, которые находятся в отработанном газе. Внутри конструкция катализатора похожа на соты, которые увеличивают контактную площадь поверхности с выхлопными газами. По всей плоскости поверхности нанесен так называемый химический катализатор – преимущественно платино-иридиевой сплав. Угарный газ или окись водорода (CO), сажа (CH) и азотные оксиды (NO, NO2), которые полностью выгорели, контактируют с этой увеличенной поверхностью и окисляются благодаря кислороду, который также присутствует в отработанном газе.

Во время работы двигателя выделяется тепло, которое в свою очередь, разогревает катализатор и активизирует реакцию окисления. Оптимальные условия работы каталитического нейтрализатора – от 400 до 800 градусов по Цельсию. При условии, что катализатор работает и он исправен – в выхлопных газах, которые прошли через него, резко падает концентрация вредных соединений, и автомобиль приносит гораздо меньше вреда окружающей среде (согласно установленных экологических норм).

Миф 2: Автомобили с катализатором необходимо заправлять специальным топливом

Это неправда! Не существует какого-то специфического или специального бензина, которым нужно было бы заправлять автомобиль который оборудован катализатором. Главное, чтобы топливо, которое заливается в бак авто – было качественным и без различных посторонних примесей.

Этилированный бензин – вот основной враг каталитического нейтрализатора. Если часто заправляться таким бензином, то каталитический слой нейтрализатора быстро уничтожится, лямда-зонд выйдет из строя, а соты просто расплавятся. Одним словом – катализатор чрезвычайно быстро выйдет из строя.

Миф 3. Катализаторы – недолговечны и быстро выходят из строя.

Доля правды в этом утверждении все-таки есть. При условии использования качественного топлива, и при правильной эксплуатации автомобиля, срок службы катализатора составит от 70 до 150 тыс. км., пробега авто, после чего производители настаивают на замене этого узла. Ничего удивительного в этом нет, ведь по своей сути – каталитический нейтрализатор – это фильтр, а фильтра, как известно, следует время от времени менять.

Катализаторы также податливые разнообразным механическим повреждениям. Наиболее распространенными являются катализаторы, внутренняя часть которых изготовлена из керамики, поэтому они достаточно хрупкие. Камни на дороге, посторонние влияния, даже вода при попадании на горячую поверхность катализатора – может привести к повреждению детали.

Также керамический нейтрализатор может повредиться вследствие неисправности системы зажигания. Если присутствуют неполадки в системе зажигания, автомобиль может не заводиться с первого раза — во время попыток завести, несгоревший бензин может попасть в выпускной тракт, где потом, при успешном старте двигателя, произойдет его детонация – в катализаторе происходит микро взрыв и керамические соты просто не выдерживают и рассыпаются на куски. Более надежными в этом отношении являются металлические катализаторы – они менее поддаются механическим воздействиям и более долговечны.

Но, из чего бы не были изготовлены каталитические нейтрализаторы – все они могут выйти из строя также и по следующим причинам:

  • частое использование некачественного, или даже этилированного бензина;
  • попадание в катализатор масла или охлаждающей жидкости;
  • долгая работа двигателя на холостом ходу;
  • сбои в системе зажигания;
  • сбои в системе подачи топлива в двигатель.
Миф 4. Мощность мотора падает из-за наличия катализатора

Это также неправда. Полностью исправный катализатор совсем не препятствует движению выхлопных газов из картера двигателя, и абсолютно не влияет на его мощность. Но, если каталитический нейтрализатор выходит из строя или забивается сажей, то это снижает проходимость выхлопных газов, что приводит к стремительному падению мощности двигателя. Конечно, ничего хорошего для двигателя это не несет, поэтому производителями рекомендуется замена катализатора после прохождения 100 тыс. км., независимо от состояния его изношенности.

⭐ Температура катализатора. Принцип действия каталитического нейтрализатора выхлопных газов

Принцип действия каталитического нейтрализатора выхлопных газов основан на осуществлении химической реакции под воздействием тепла. Если автомобиль используется в обычном режиме и двигатель успевает прогреваться, то нейтрализатор расщепляет опасные соединения. Если авто передвигается на короткие дистанции с частым глушением ДВС (в транспортном заторе), то выделяется недостаточно тепла для осуществления химических реакций.

Сбои двигателя, экстремально жаркие погодные условия, постоянные перегрузки режима движения авто приводят к превышению допустимой температурной нормы в выхлопной системе, отчего автокат быстрее выходит из строя.

Какая рабочая температура катализатора?

Температура катализатора автомобиля может колебаться от +300 до +800°С, это считается нормой. В таких условиях опасные соединения, содержащиеся в выхлопе, распадаются под воздействием катализирующего покрытия сот. Выходящие вместе с водяным паром токсичные оксиды углерода и азота расщепляются до углекислого газа и молекулярного азота. Реакции химической трансформации соединений запускает сплав драгметаллов из элементов платиновой группы: родий, палладий, платина, золото. Он нанесен тонким слоем на внутреннюю поверхность сот. Состав активно работает в допустимых температурных пределах, но остро реагирует на отклонения от нормы.

Какая температура катализатора влияет на срок службы?

Вопрос оплавления нейтрализатора живо обсуждается на форумах автолюбителей. Есть те, кто считает, что фильтрующая матрица плавится и затрудняет выход газов. Другие утверждают, что керамика жаропрочная и выдерживает температурные нагрузки автомобиля. Но дело вовсе не в свойствах керамических сот, а в функциональности нанесенной на них каталитической пленки. Драгоценный сплав действительно оплавляется, если работает при +900°С и выше.

На что влияет низкая температура работы катализатора?

Говоря о низких показателях, химики имеют ввиду все, что ниже 250-300°С. Этот барьер служит стартом для запуска химических процессов. Недостаточно активная работа двигателя, краткие акты включения-выключения зажигания приводят к тому, что выхлоп не очищается, а соты автоката забиваются. Нормальная температура катализатора важна для автомобилей с дизельным двигателем, так как в них запускается процедура регенерации (самоочищения сот) при высокой тепловой активности. Частые случаи передвижения на непрогретом ДВС приводят к невозможности самостоятельного выжигания сажи, копоти и приводят автокат (сажевый фильтр) в нерабочее состояние.

Главная опасность удаления катализатора для автомобиля

Тюнинг может быть самым разным. Чаще всего после него автомобиль приобретает индивидуальность, технические характеристики улучшаются. Но есть и другой тюнинг, когда «модернизация» машины может стать опасной для него. К примеру, удаление катализатора из выхлопной системы.

На первый взгляд, избавление от катализатора никак не влияет на двигатель, наоборот, кажется, что машинка должна стать шустрее и мощнее. Поэтому катализатор вырезают болгаркой, выбивают спецприборами, или же вообще ставят прямоток. Какие же негативные последствия для двигателя могут последовать после такого тюнинга?

Катализатор устанавливается автопроизводителем в выпускном коллекторе или за ним. Некоторые автомобилисты уверены, что делается это лишь для того, чтобы можно было оснастить автомобиль дополнительными кислородными датчиками и снизить мощность машины. Естественно, это не так.

Если удалить катализатор, то на выходе получится выхлоп, который будет не только с ужасным запахом, но и опасным для здоровья. Как раз именно катализатор позволяет проводить очистку выхлопных газов в высокой степени, поэтому воздух при выхлопе получается практически без запаха. Кто помнит времена Советского Союза, расскажет, какой воздух вокруг создавали автомобили без каких-либо приборов в выхлопной системе… Более того, в закрытом помещении от угарных газов из выхлопной трубы можно даже задохнуться.

Еще одна сторона удаления катализатора — нанесение вреда окружающей среде. Конечно, можно думать, что от одной машины без катализатора воздух грязнее не станет. Но, а когда таких машин тысячи? Стоит ли ожидать улучшения экологической ситуации?

Могут возникнуть и определенные сложности с прохождением техосмотра. Скорее всего, при замере выброса СО показатель будет выше нормы. И необходимо будет устранить неисправность, для чего придется покупать новый катализатор и тратиться еще и на его установку.


Фото с интернет-ресурсов

варианты замены › Usedcars.ru — автомобильный портал

Замена катализатора — процесс, которого автовладелец может избежать только в том случае, если он не пользуется автомобилем. Катализатор, а если быть точнее, каталитический конвертер-нейтрализатор, является по своей сути фильтром, который со временем приходит в негодность. Являясь частью выхлопной системы, автомобильный катализатор призван снизить вредность выхлопных газов автомобиля.

Сам процесс, происходящий при помощи катализатора, заключается в том, что нужно получить дополнительный кислород и с его участием по максимуму сжечь угарный газ и углеводороды, которые образуются при сгорании топлива. Для того, чтоб катализатор дольше не выходил из строя, важны несколько вещей. 

Во-первых, качество топлива — чем качественней топливо, тем более оптимально будет происходить его сжигание и катализатор будет менее изношен. Во-вторых, качество и расположение в системе самого катализатора. Поскольку речь идет о процессе горения, то важна температура, при которой идет процесс. Обычно катализатор расположен в системе выхлопа сразу после приемной трубы, но в некоторых конструкциях он стоит на самой приемной трубе. Это позволяет повысить температуру и убыстрить прогрев, но влияет на износостойкость катализатора. 

Важно так же то, что катализатор снижает температуру выхлопных газов, чем защищает другие детали системы от прогорая и выхода из строя. Кроме того катализатор влияет на уровень шума и в случае его плохой работы ход машины станет более громким. 

Самый простой ответ на вопрос «как быть, если катализатор пришел в негодность» — поменять его. Тем более, что ремонт катализаторов из-за их сложности не предусмотрен. Более того, чаще всего на новые катализаторы не дается и гарантия, поскольку даже одна заправка некачественным бензином может безвозвратно «убить» катализатор.

А вот стандартных вариантов замены катализатора существует несколько. Можно поменять его на новый, оригинальный или на универсальный катализатор. Можно так же заменить катализатор на пламегаситель. Подробности и стоимость таких работ можно узнать на сайте любой специализированной мастерской, например, http://beregavto.ru/exhaust-system/katalizator/.

Замена на оригинальный катализатор — самое дороге решение, но в общем-то самое правильное, тем более, если автомобиль находится на гарантии. Замена на универсальный катализатор является одним из самых выгодных вариантов, поскольку его цена гораздо ниже. Разница же в том, что использован более дешевый наполнитель. К слову, в качестве наполнителя в катализаторах используются металлы. В зависимости от типа преобразователя — восстанавливающий и окислительный — используются платина, родий и палладий. В более дешевых вариантах эти металлы могут быть заменены, например, золотом.

Вариант с заменой на пламегаситель подразумевает съём катализатора, его разборку, удаление внутренней сотовой конструкции и установки вместо неё пламегасителя, который должен выдерживать высокие температуры. Этот вариант обойдется ещё дешевле, но он требует дополнительных работ по «перепрошивка» программной части. Разумеется, такое решение является худшим вариантом с точки зрения токсичности выходов.

Почему катализатор – неотъемлемая часть чип-тюнинга

Почему катализатор – неотъемлемая часть чип-тюнинга

Прошить ЭБУ после удаления катализатора – практичная альтернатива его замене. Но зачем даже рабочий катализатор удаляют при чип-тюнинге? Причин несколько.


Причина 1: Стандартный катализатор не даёт двигателю работать эффективнее

Катализатор служит фильтром и очищает выхлопные газы от вредных примесей. Внутри заполнен сотами, которые останавливают вредные вещества. Из его устройства и принципа работы и происходит главная причина: нельзя раскрыть весь потенциал увеличения мощности.

Катализатор задерживает выхлопные газы, двигатель теряет в мощности. Если автомобиль с пробегом, то перед чип-тюнингом уже часть сот изношена и оплавлена. Поэтому катализатор ещё медленнее пропускает выхлопные газы, что сильнее сказывается на динамике автомобиля.

Причина 2: Катализатор быстрее изнашивается

В среднем стандартный катализатор служит 90 – 120 тысяч км пробега. Увеличение мощности косвенно влияет и на ресурс катализатора. В первую очередь из-за стиля вождения. Мощный автомобиль побуждает водителя ездить агрессивнее. Когда двигатель работает на высоких оборотах, он потребляет больше топлива и масла.

Свинец из топлива и прогоревшее масло – наиболее частые причины износа катализатора. Так не происходит только в идеальных условиях: когда все элементы двигателя исправны, а топливо и масло сделаны качественно.

Неисправный катализатор

Удаление катализатора при чип-тюнинге поможет сэкономить. Повторное обращение при его износе обойдётся значительно дороже.  

Почему это важно?

В России вопрос поддельного масла и топлива стоит особенно остро. По разным оценкам на рынке масел от 15 до 30% — подделка. Каждый год СМИ сообщают о новых громких делах. Так в 2019 году в Домодедово изъяли 3 млн поддельных наклеек для масла Castrol. В 2018 году в Орске нашли 20 тысяч литров контрафактного масла, а в Москве и Казани – 18 тонн.

Ситуация с топливом схожа. Росстандарт в 2019 году сообщал, что 9% процентов всего топлива в России – некачественные. По их статистике каждая 12ая АЗС продает суррогат.

Причина 3: Возможен износ мотора

При работе мотора на высоких оборотах отказ катализатора приведет к дорогостоящим последствиям. Частицы керамики и металлов, из которых состоят соты, попадут в цилиндры двигателя. На стенках останутся задиры, двигатель потеряет компрессию. Исправить ситуацию может только капитальный ремонт или замена мотора.

Задиры в цилиндре Hyundai Solaris

Самый дешевый способ подстраховки от такой ситуации – удалить катализатор.

Альтернативное решение

Но что делать, если нужно увеличить мощность, соблюдая экологические требования без вреда для автомобиля? Можно заменить на обычный или спортивный катализатор.
Спортивный катализатор дороже, но имеет ряд преимуществ:

1.       Лучше гасит температуру, не даёт прогорать другим частям выхлопной системы

2.       Прочнее стандартного, соты не рассыпаются при ударе

3.       Убирает едкий запах

4.       Подходит для техосмотра при пересечении границ


Спортивным его называют потому, что он не мешает выходу выхлопных газов, сохраняет динамику. Внутри состоит из металлических сот. В зависимости от целей, можно установить в любой части выхлопа. Срок службы сравним со сроком службы автомобиля.

В Катавто мы делаем чип-тюнинг большинства автомобилей, удаляем и устанавливаем новые катализаторы, прошиваем на Евро-2, stage1.


Сейчас действуют особые условия: весь комплекс работ на большинство моделей с установкой Евро-2 – бесплатно.

Удаление катализатора: когда это действительно необходимо

Рано или поздно владельцы автомобилей сталкиваются с необходимостью удаления катализатора. Или думают, что сталкиваются. Или их просто в этом убеждают. Мы побеседовали со специалистом СТО «Mastery», специализирующейся на решении любых проблем с глушителем – выпускной системой двигателя.

 – На самом деле, мало кто из владельцев автомобилей правильно представляет, когда нужно производить удаление катализатора. Другое дело, что не все автосервисы компетентны в этом вопросе и порой предлагают удалить катализатор в любой непонятной ситуации, – объясняет специалист. – Кроме того, на просторах интернета скопилось множество неверной информации, начитавшись которой, многие владельцы автомобилей чаще всего принимают неверное решение об удалении катализатора.

Когда действительно нужно удалять катализатор?

Ни для кого не секрет, что внутренность катализатора – это керамические или металлические соты, на стенки которых нанесены специальные элементы, выступающие катализаторами химических реакций, в ходе которых вредные соединения, такие как углеводороды (CH), окислы азота (NOx), угарный газ (CO), распадаются и окисляются до безвредных углекислого газа (CO2) и водяного пара (h3O). Таким образом, проходя через катализатор, отработавшие газы становятся чище и не так воняют.

Существует немало симптомов, указывающих на старение катализатора и его выход из строя. У бензиновых и дизельных автомобилей эти симптомы немного разные.

На бензиновых автомобилях с катализатором могут случиться две вещи:
● снижение эффективности;
● механическое разрушение.

На дизельных автомобилях с катализатором может произойти следующее:
● засорение сажей. 

Рассмотрим все неисправности катализатора подробнее. 

Снижение эффективности катализатора

Со временем катализатор постепенно теряет свою способность очищать выхлопные газы, и автомобиль по экологичности выбросов перестает соответствовать своей норме (например, Евро 4, Евро 5). И если автомобиль, оборудован вторым лямбда-зондом, расположенным после катализатора, и являющимся диагностирующим (примерно с 1999 года он уже стоит практически на всех машинах), то на панели приборов загорается ошибка, которая при компьютерной диагностике чаще всего имеет номер P0420 и расшифровывается как «Степень преобразования каталитического конвертера ниже порогового значения», «старение катализатора», «недостаточная эффективность катализатора» и т.п. Понятное дело, что эта ошибка также появится, если катализатор удалить. Что надо делать?

В большинстве случаев эта ошибка совершенно никак не влияет на работу двигателя и не отражается на езде машины, но многих автовладельцев вполне обоснованно не устраивает посторонняя «лампочка», постоянно горящая перед глазами, и они хотели бы сделать так, чтобы она не горела. Есть три способа убрать ошибку. Первый – установка нового оригинального или универсального катализатора, что, собственно, и предусмотрено автопроизводителями и законодательством во всем цивилизованном мире. Действительно, можно купить новый катализатор, но никто этого не делает из-за высокой цены нового катализатора. Новый оригинальный катализатор – недешевая деталь, которая обойдется в сумму от нескольких сотен долларов до тысячи и даже больше. Поэтому в нашей стране новый катализатор, тем более оригинальный, никто по своей воле не ставит. Но есть более бюджетная альтернатива «оригиналу» – новый универсальный катализатор. Правда, это решение подходит не всегда. В некоторых случаях, когда родной катализатор имеет слишком специфическую форму и расположение, подобрать подходящий по размеру универсальный может оказаться затруднительно. Кроме того, они, как правило, китайского производства, и их ресурс и прочность самой керамики существенно ниже, чем у оригинала. Поэтому в случаях, когда установка универсального катализатора является оптимальным решением, мы предлагаем его исключительно в металлическом исполнении, так как металлические соты по крайней мере не подвержены рассыпанию на куски в отличие от хрупкой керамики. Вообще следует понимать, что катализатор – это такая вещь, сохранность и срок службы которой в меньшей степени зависят от самого катализатора, а в основном определяются условиями, в которых он работает. Техническая исправность двигателя, в частности нормальная работа топливной системы и системы зажигания, позволяют катализатору служить долго. Именно поэтому, покупая катализатор, вы никогда не получите какой-либо серьезной гарантии на него, даже если берете оригинал у официального дилера. Слишком много внешних факторов способны оказывать негативное влияние на ресурс катализатора.

Второй способ убрать ошибку «по катализатору» – поставить под второй лямбда-зонд специальную проставку, которая также известна как «обманка лямбда-зонда». Эта обманка уменьшает количество выхлопных газов, поступающих к лямбда-зонду, а если она усовершенствованная, с маленьким катализатором внутри, то этот выхлоп еще и проходит некоторую очистку. В результате лямбда-зонд подает на блок управления сигналы, соответствующие исправно работающему катализатору, поэтому ошибка не загорается. Если обманка лямбда-зонда не помогает, есть третий способ – программное отключение второго лямбда-зонда. Эта процедура известна как «перепрошивка на Евро-2». Перепрошивка заключается в редактировании заводской настройки блока управления двигателем («мозгов») таким образом, что в ней второй лямбда зонд никак не фигурирует и не опрашивается, а в остальном двигатель работает так же, как и прежде. Однако такое решение применимо не для всех машин, очень много тут зависит от года выпуска и модели блока управления. Также в некоторых случаях программное устранение ошибки возможно лишь путем увеличения пороговых значений сигнала со второго лямбда-зонда, а сам датчик при этом должен оставаться на месте и быть исправным.

Механическое разрушение катализатора

Если двигатель всю свою жизнь работает идеально и без сбоев, то теоретически катализатор может оставаться целым весь срок службы автомобиля, даже если он уже давно утратил свою эффективность. Но, к сожалению, так бывает не всегда и не у всех. Катализатор – довольно уязвимая деталь, и любая неисправность топливной системы или зажигания может привести к его разрушению. Как это происходит? Очень просто.

Если мотор работает нестабильно, троит или нарушены фазы газораспределения, то несгоревший в цилиндре бензин попадает в катализатор, воспламеняется там, мгновенно разогревая его до таких температур, при которых керамика перегревается (буквально светится красным), теряет свою прочность и впоследствии начинает крошиться на куски и толочься в пыль. А может и сразу оплавиться, превратившись в твердый сгусток, препятствующий свободному прохождению газов. Кстати, на многих свежих машинах (до 5 лет) катализатор может рассыпаться и без каких-либо явных причин. Видимо, это связано с общей тенденцией к снижению запаса прочности и ресурса деталей у новых машин.

Если произойдет разрушение катализатора, водитель наверняка почувствует соответствующие симптомы. В зависимости от того, насколько сильно поврежденный катализатор препятствует прохождению выхлопных газов, может снизиться тяга автомобиля (вплоть до полной неспособности передвигаться своим ходом), двигатель с трудом будет набирать обороты, так и не достигая высоких значений (вплоть до невозможности нормально работать даже на холостом ходу). Разумеется, разрушенный катализатор не должен оставаться на машине. Как его удалять, что вместо него ставить (трубу, пламегаситель, другой катализатор) – это в каждом конкретном случае решается индивидуально, исходя из технических возможностей, бюджета и целесообразности.

Катализатор на дизельных автомобилях.

Пожалуй, единственное, что может случиться с катализатором на дизельной машине – это его засорение сажей. Как скоро это происходит, во многом зависит от манеры езды и от состояния топливной аппаратуры. То есть чем хуже сгорает дизельное топливо, тем больше образуется сажи и быстрее забивается катализатор, опять же ухудшая динамику машины. Кроме того повышенное сопротивление выхлопу отрицательно сказывается на сохранности турбины.

Обычно в таких случаях катализатор удаляют, что, конечно, не идет на пользу экологии, но позволяет забыть о проблеме и в некоторой мере сберечь бюджет владельца в дальнейшем. Реже их промывают специальной химией, но нет уверенности в том, что это поможет надолго, особенно если не решена проблема с повышенным сажеобразованием, и из трубы валит черный, словно чернила каракатицы, дым.

Когда же действительно нужно удалять катализатор?

Катализатор действительно нужно удалять в случае его механического разрушения. Или если владелец автомобиля, понимая все, что изложено выше, хочет сделать это в любом случае, независимо от его состояния.

Вопреки распространенному заблуждению, появление ошибки P0420 не означает, что катализатор нужно удалять. Катализатор, утративший эффективность не обязательно разрушен. Он вполне может оставаться целым и не мешать машине ехать.

В свою очередь, самый верный способ продиагностировать катализатор на предмет разрушения – это заглянуть непосредственно внутрь него. Ошибки, указывающей на забитость, не существует, а потеря мощности может произойти и вследствие многих других неисправностей, не относящихся к системе выпуска. 

Когда не нужно или бесполезно удалять катализатор?

Если из выхлопной трубы пошел дым, не спешите винить катализатор и звонить в ремонт глушителей. Катализатор здесь ни при чем. Токсичные газы, которые он нейтрализует бесцветны, а дым говорит о том, что в двигателе плохо сгорает топливо (например, из-за неисправности форсунок, плохих свечей или проводов) или кроме топлива сгорает что-то еще (например, масло или антифриз). Ищите проблемы там. 

Когда приходится устанавливать катализатор?

Если автомобиль зарегистрирован в РБ, и в техпаспорте указано, какому классу экологичности соответствует автомобиль, то на техосмотре его будут проверять на соответствие этому классу. Так что если катализатор утратил эффективность, то владельцу все-таки придется купить катализатор (новый оригинальный или универсальный катализатор), чтобы пройти техосмотр своим ходом. Если в техпаспорте ничего такого не указано, то на машину распространяются общепринятые нормы по выбросам, которым будет соответствовать любая машина, независимо от того, есть у нее катализатор или уже удален. Но при условии, что двигатель и все его системы исправны. А если по двигателю есть проблемы, и выхлоп слишком токсичный, то никакой катализатор тут не поможет.

Пламегаситель – это не катализатор, он не выполняет функцию по очистке выхлопа, равно как и не гасит никакого пламени. По своей конструкции и сути это еще один прямоточный резонатор в системе, не допускающий повышения громкости выхлопа после удаления катализатора и устраняющий характерный неприятный звон, возникающий в пустом корпусе катализатора. 

Благодарим за беседу специалистов СТО «Mastery».
autospot.by

Что делает катализатор в химической реакции?

Когда вы используете стиральный порошок, чтобы избавиться от пятна на рубашке, вы наблюдаете за действием катализатора во время химической реакции. Моющие средства содержат ферменты, которые являются катализаторами, разрушающими грязь и другие пятна на одежде. Хотя они помогают очищать любимые наряды людей, они не единственные примеры мощных катализаторов.

TL;DR (слишком длинный; не читал)

Катализатор ускоряет химическую реакцию.Катализатор остается неизменным после реакции.

Влияние катализатора на химическую реакцию

Катализатор влияет на химическую реакцию, ускоряя ее. Он также предлагает альтернативный способ протекания реакции, который снижает количество необходимой энергии. Для запуска реакций требуется энергия активации, и в этом могут помочь катализаторы. Однако катализаторы выдерживают реакции без изменений.

Катализаторы влияют на химическую реакцию двумя способами

Катализаторы влияют на химическую реакцию двумя основными способами: снижая энергию активации или изменяя способ протекания реакции.Они могут снизить энергию переходного состояния, поэтому общая энергия активации, необходимая для реакции, уменьшается, или они могут изменить механизмы реакции и, таким образом, изменить переходное состояние.

Катализаторы выполняют свою работу по-разному. Один из вариантов заключается в том, чтобы эти вещества позволяли молекулам реагентов разрывать свои связи и образовывать новые с катализаторами. Эти связи не являются постоянными, поэтому катализаторы могут выдерживать реакции в неизменном виде. Другой способ работы катализаторов заключается в изменении конфигурации реагентов и ослаблении их связей.

Примеры катализаторов химических реакций

Два типа катализаторов: гомогенные и гетерогенные. Гомогенные катализаторы существуют в той же фазе, что и реагенты в химической реакции. Например, если реагентами являются газы, то катализатор также является газом. Гетерогенные катализаторы находятся в другой фазе, чем реагенты. Например, реагенты могут быть твердыми, а катализатор жидким.

Ферменты являются типичным примером биологического катализатора.Эти белки могут складываться по-разному, чтобы помочь реакциям путем связывания реагентов. Катализаторы могут помочь гидролизовать сахарозу или столовый сахар. Инвертаза — фермент, расщепляющий сахарозу: сахароза + Н3О дает глюкозу + фруктозу.

Каталитические нейтрализаторы в автомобилях — еще один распространенный пример того, как работают катализаторы. Катализаторы внутри конвертеров, как правило, представляют собой драгоценные металлы, такие как платина или родий. Газы поступают в нейтрализатор и вступают в контакт с катализаторами. Затем вредные загрязняющие вещества вступают в реакцию с металлами и становятся менее токсичными.

Эффект катализатора

 

Цель обучения
  • Оценка влияния катализатора на химическое равновесие

Ключевые моменты
    • Катализаторы — это соединения, ускоряющие скорость реакции.
    • Катализаторы ускоряют реакции за счет снижения энергии ограничивающего скорость переходного состояния.
    • Катализаторы не влияют на равновесное состояние реакции.

Срок
  • переходное состояние Промежуточное состояние в химической реакции, которое имеет более высокую свободную энергию, чем реагенты и продукты.

Влияние катализатора на равновесие

Реакции можно ускорить добавлением катализатора, включая обратимые реакции, включающие конечное состояние равновесия. Напомним, что для обратимой реакции равновесным состоянием является состояние, при котором скорости прямой и обратной реакции равны.В присутствии катализатора скорости как прямой, так и обратной реакции увеличиваются в равной степени, что позволяет системе быстрее достичь равновесия. Однако очень важно иметь в виду, что добавление катализатора никак не влияет на конечное положение равновесия реакции. Просто до него доходит быстрее.

Напомним, что катализаторы — это соединения, которые ускоряют ход реакции, не расходуясь. Общие примеры катализаторов включают кислотные катализаторы и ферменты.Катализаторы позволяют реакциям протекать быстрее через переходное состояние с более низкой энергией. Снижая энергию переходного состояния, которое является стадией, ограничивающей скорость, катализаторы снижают необходимую энергию активации, чтобы позволить протекать реакции и, в случае обратимой реакции, быстрее достичь равновесия.

Катализ Катализатор ускоряет реакцию, снижая энергию активации, необходимую для протекания реакции.

Повторим еще раз: катализаторы не влияют на равновесное состояние реакции.В присутствии катализатора в равновесии будут присутствовать те же количества реагентов и продуктов, что и в некатализируемой реакции. Говоря химическими терминами, катализаторы влияют на кинетику, но не на термодинамику реакции. Если бы добавление катализаторов могло изменить равновесное состояние реакции, это нарушило бы второе правило термодинамики; мы получили бы «что-то даром», что физически невозможно.

Interactive: Catalysis Модель содержит реагенты, которые образуют реакцию: A₂ + B₂ -> 2 AB.В этом случае модель настроена так, что энергия активации высока. Попробуйте провести реакцию с катализатором и без него, чтобы увидеть, как катализатор влияет на химические реакции. 1. Запустите модель, чтобы посмотреть, что происходит без катализатора. 2. Приостановите модель. 3. Добавьте в контейнер несколько (3 – 4) атомов катализатора, нажав на кнопку. 4. Запустите модель еще раз и посмотрите, как катализатор влияет на реакцию.

 

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией со всего Интернета.Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Что такое топливный катализатор и что он делает, чего не делают присадки?

Как работает топливный катализатор? И, что не менее важно, что не является топливным катализатором?

Что такое топливный катализатор? — это вопрос, который приводит к большому количеству неправильных названий и заблуждений. Хотя концепцию в целом понять нетрудно, маркетологи используют слово катализатор для продвижения продуктов, не являющихся катализаторами.Замена слов добавка, обработка, или добавка словом катализатор является причиной значительной путаницы.

Если бы все продукты, рекламируемые как топливные катализаторы, работали бы так же, как настоящие катализаторы , и давали бы такие же результаты, проблем бы не было. Однако тот факт, что многие продукты, рекламируемые как топливные катализаторы, не являются ни катализаторами, ни обладают теми же преимуществами, что и катализаторы, означает, что легко по ошибке купить продукт или механизм по неверным причинам, продукт, который не дает желаемых результатов.

Потребители, надеющиеся повысить эффективность использования топлива и в то же время сократить выбросы, хотят топливный катализатор.

Что такое топливный катализатор

Топливный катализатор — это механизм, повышающий эффективность использования топлива — «газовый» пробег — и снижающий выбросы. Как объясняет сайт FuelandFriction.com: «Топливный катализатор сгорания — это тип технологии, разработанной для улучшения внутреннего сгорания в двигателе. Эти продукты могут работать по-разному, решая основные проблемы, связанные с неполным сгоранием.

Продукты катализатора сжигания топлива могут помочь снизить потребность топлива в кислороде, чтобы, наконец, пройти химическую реакцию. При более низких требованиях к воздуху происходит более правильное химическое сгорание и вырабатывается больше энергии. Более того, катализатор сжигания топлива также может способствовать лучшему сжиганию газа и несгоревшего топлива из-за низких температур».

Каким бы простым ни было определение неспециалиста, существует большая путаница в отношении топливного катализатора; что не является топливным катализатором; и как работает топливный катализатор.Топливные «катализаторы» не являются топливными катализаторами. Присадки и обработка служат совершенно другим целям, чем топливные катализаторы, ни одна из которых не снижает выбросы и не повышает эффективность использования топлива.

Топливные катализаторы также не являются каталитическими нейтрализаторами. Хотя они служат важной цели и ни в коем случае не являются второстепенной технологией, каталитические нейтрализаторы не повышают эффективность использования топлива. Каталитический нейтрализатор предназначен для уменьшения выбросов. Какими бы важными ни были каталитические нейтрализаторы, они служат иной цели, чем топливные катализаторы.

Опять же, топливные катализаторы повышают эффективность сгорания топлива, что увеличивает экономию топлива, в то время как также снижают выбросы парниковых газов. Катализаторы только уменьшают выбросы. Добавки и обработки не делают ни того, ни другого.

Хотя и не являются топливными катализаторами, являются ли топливные добавки и катализаторы для обработки катализаторами?

Нет, обработка топлива и присадки к топливу не являются топливными катализаторами и не являются настоящими катализаторами . Они не содержат катализаторов, и добавки к топливу — присадки и обработки — не действуют как катализаторы.Катализаторы обычно представляют собой благородные металлы или ферменты. Катализаторы включают благородные металлы, такие как платина, титан, палладий, кобальт, марганец, цинк, серебро и медь. Топливные присадки представляют собой химические соединения.

Присадки и средства для обработки топлива обычно представляют собой растворители. Активные ингредиенты в присадках и обработках включают побочные продукты переработки нефти и дизельного топлива, такие как ацетон, силиконовый эфир, нитрометан и тетранитрометан.

Чтобы продукт был топливным катализатором, он должен содержать катализаторы.

Помимо того, что они не содержат катализаторов, топливные добавки и присадки не ведут себя как катализаторы.

Тем не менее, на рынке имеются топливные добавки и продукты для обработки топлива с пометкой «катализатор», которые не являются катализаторами даже в самых общих определениях.

Различия между топливным катализатором и каталитическим нейтрализатором

Существует несколько важных различий между топливными катализаторами и каталитическими нейтрализаторами. Разница между каталитическими нейтрализаторами и топливными катализаторами не всегда очевидна, потому что и те, и другие изготавливаются частично с использованием благородных металлов — катализаторов.Но опять же, топливные катализаторы и каталитические нейтрализаторы — это два совершенно разных механизма с разными конструктивными целями.

Самое важное сходство между топливными катализаторами и каталитическими нейтрализаторами заключается в том, что оба они значительно сокращают выбросы. «По большинству оценок, каталитические нейтрализаторы, установленные внутри выхлопной трубы бензинового автомобиля, преобразуют более 90% углеводородов (HC), моноксида углерода (CO) и оксидов азота (NOx) из двигателя в менее вредный диоксид углерода (CO2). , азот и водяной пар.Кроме того, дизельные двигатели выделяют твердые частицы. Использование сажевого фильтра совместно с катализатором позволяет снизить их массу на 90% и уменьшить количество ультрамелких частиц на 99%».

Но — и снова — топливные катализаторы также увеличивают экономию топлива. Катализаторы не могут.

Разница между топливным катализатором, присадками и обработкой и каталитическим нейтрализатором

Как топливные катализаторы, так и каталитические нейтрализаторы снижают выбросы. Оба содержат благородные металлы, которые действуют как катализаторы при воздействии ископаемого топлива.Итак, разница между каталитическим нейтрализатором и топливным катализатором не сразу очевидна. Разница между топливными катализаторами, присадками и обработкой и каталитическими нейтрализаторами гораздо больше.

Топливные катализаторы и каталитические нейтрализаторы — это механизмы, снижающие выбросы. Добавки и обработка не снижают выбросы. Присадки и обработка также не увеличивают выход энергии топлива.

Другими словами, как и каталитические нейтрализаторы, топливные присадки и обработка не повышают эффективность использования топлива, «газовый» пробег.Тодд Кахо из MotherEarthNews.com объясняет: «Топливные присадки, увеличивающие пробег, утверждают, что повышают эффективность сгорания бензина. Но автопроизводитель программирует компьютер автомобиля на оптимальную экономию топлива при чистом бензине в баке. Измените химию, и вы можете обнаружить снижение как производительности, так и расхода на галлон — если вообще есть какие-либо реальные изменения».

Краткое объяснение разницы между топливным катализатором, топливными присадками и обработками и каталитическим нейтрализатором таково: присадки и обработки очищают двигатели и/или повышают цетановое или октановое число топлива.Каталитические нейтрализаторы значительно снижают выбросы. Однако каталитические нейтрализаторы не повышают эффективность использования топлива.

Топливные катализаторы повышают эффективность использования топлива и снижают выбросы.

Почему присадки и обработки не являются топливными катализаторами?

Просто потому, что они не катализаторы. Химическое соединение редко является катализатором. Элементарные соединения могут быть катализаторами, но нет ни ископаемого топлива, ни побочных продуктов переработки ископаемого топлива, которые являются катализаторами.

Этанол — один из наиболее распространенных активных ингредиентов в добавках и обработках — не является катализатором.По крайней мере, этанол не является катализатором ни в научном смысле этого слова, ни в словарном определении катализатора.

Чтобы быть топливным катализатором, механизм должен содержать настоящих катализатора.

Катализаторы на основе благородных металлов составляют часть каталитических нейтрализаторов. Топливные катализаторы также содержат катализаторы из драгоценных металлов. Каталитические присадки к дизельному топливу, обработка топливных катализаторов и любые другие химические соединения, даже если они продаются со словом катализатор , обычно не содержат катализаторов.

Какова цель топливных присадок и обработок

Они не снижают выбросы и не повышают эффективность использования топлива, но присадки и обработка имеют преимущества. Все виды топлива сгорают неэффективно, по крайней мере, в определенной степени. Неэффективное сгорание топлива называется «грязным ожогом». Поскольку ни одно топливо не сгорает на 100 процентов эффективно, чистое сгорание — это просто теоретическая концепция.

Когда топливо сгорает неэффективно, а так бывает всегда, на компонентах внутреннего сгорания двигателя образуются отложения углеводородов.Состав некоторых видов топлива и присадок предназначен для очистки внутренних компонентов двигателя от углеводородов.

Одной из причин неполного сгорания топлива является низкое октановое число. Существует два способа воспламенения топлива: воздействие искры или пламени и сжатие. Если топливо сгорает до степени сжатия двигателя, результатом является потеря мощности и детонация в бензиновом двигателе с искровым зажиганием. Присадки, повышающие октановое число топлива, повышают КПД двигателя и предотвращают его повреждение.

Последним типом присадок/обработок двигателя являются смазочные материалы. Спирт, этанол, моющие присадки и другие присадки с высокой скоростью сгорания, добавляемые в топливо, могут удалить естественные смазочные материалы, присущие дизельному топливу и бензину, из внутренних компонентов двигателя. Это создает трение в двигателе и приводит к сокращению срока службы двигателя. Смазочные присадки могут помочь снизить коэффициент трения в двигателях внутреннего сгорания и двигателях сжатия.

Что такое Catalyst

В мире химии и физики катализаторы встречаются крайне редко, потому что катализаторы могут генерировать элементарные изменения на молекулярном уровне, , но катализаторы не изменяют сами себя.Хотя катализаторы могут изменять структуру и состав химических соединений, катализаторы не окисляются, не разлагаются, не горят и не разлагаются.

Bitesize Bites and Clips объясняет концепцию катализатора просто:

«Катализатор — это вещество, способное увеличить скорость реакции. Сам катализатор остается неизменным в конце реакции, которую он катализирует. Для увеличения скорости реакции между большими количествами реагентов требуется лишь очень небольшое количество катализатора.

Как топливные катализаторы катализируют дизельное топливо?

Сгорание топлива представляет собой химическую реакцию. Как и во всех химических реакциях, существуют факторы, определяющие скорость реакции топлива. В случае с дизельным топливом химическая реакция, происходящая в двигателе, представляет собой сгорание.

При прочих равных условиях скорость сгорания дизельного топлива зависит от суммы молекул кислорода, подвергающихся воздействию топлива при сжатии. (Дизельные двигатели, в отличие от нефтяных искровых двигателей, не сжигают топливо с помощью искры или пламени.Дизельные двигатели сжигают топливо с компрессией.)

Но это не так просто, как подвергать дизельное топливо воздействию воздуха. Дизельное топливо после очистки начинает коагулировать. Молекулы топлива в дизельном топливе начинают группироваться в результате поляризации. Вместо того, чтобы быть однородной смесью, дизельное топливо — и все виды ископаемого топлива, если уж на то пошло — представляет собой гетерогенную смесь кластеров топливных молекул.

Топливные кластеры не сгорают полностью, потому что молекулы внутри кластеров не подвергаются воздействию кислорода.Без воздействия кислорода на площадь поверхности молекулы топлива выходят из выхлопных газов перед сгоранием.

Понять важность площади поверхности просто, если взять в качестве примера твердое тело: «Скорость химической реакции можно увеличить, увеличив площадь поверхности твердого реагента. Это делается путем разрезания вещества на мелкие кусочки или измельчения его в порошок».

Те же принципы применимы и к жидкостям, по словам Одеси из Службы передачи технологий: «Скорость, с которой происходит химическая реакция между углеродом, водородом и кислородом, имеет решающее значение для характеристик пламени.Распыляя масло на очень мелкие капли, увеличивается площадь поверхности масла, с которой может контактировать кислород. Чем больше площадь поверхности, тем быстрее произойдет реакция».

Но, чтобы увеличить площадь поверхности молекул дизельного топлива, требуется катализатор, чтобы разрушить связь топливных кластеров.

Почему молекулы дизельного топлива и других ископаемых видов топлива собираются вместе

Молекулы топлива собираются вместе из-за поляризации. Молекулы топлива, все, имеют заряд.Из-за заряда каждой молекулы топлива они притягиваются друг к другу и собираются вместе. Скопление молекул топлива вместе уменьшает площадь поверхности отдельных молекул.

Как топливный катализатор разрушает кластеры топлива?

В действительности топливные катализаторы не разбивают топливные кластеры на части. Вместо этого топливные катализаторы нейтрализуют заряд молекул, и молекулы расходятся. Без заряда, удерживающего кластеры вместе, перемешивание топлива при его прохождении по топливной магистрали к форсункам приводит к гомогенизации топлива.

Гомогенизированное топливо может производить гораздо больше энергии, чем гетерогенная смесь.

Итак, говоря простым языком, топливный катализатор — это механизм предварительного сгорания, который гомогенизирует топливо.

Набор задач по энергии, ферментам и катализу

Набор задач по энергии, ферментам и катализу

Задача 1 Учебник: Особенности реакций, катализируемых ферментами.

Какое утверждение о реакциях, катализируемых ферментами, НЕ верно?

А. ферменты образуют комплексы со своими субстратами.
Б. ферменты снижают энергию активации химических реакций.
С. ферменты изменяют K eq для химических реакций.
Д. многие ферменты слегка меняют форму при связывании субстрата.
Э. реакции происходят в «активном центре» ферментов, где точная трехмерная ориентация аминокислот является важной особенностью катализа.
Особенности реакций, катализируемых ферментами.

Ферменты являются биологическими катализаторами. Катализаторы снижают энергию активации реакций. Чем ниже энергия активации реакции, тем выше скорость.Таким образом, ферменты ускоряют реакции за счет снижения энергии активации. Многие ферменты изменяют форму при связывании субстратов. Это называется «индуцированным соответствием», что означает, что точная ориентация фермента, необходимая для каталитической активности, может быть индуцирована связыванием субстрата.

Ферменты имеют активные центры. Активный центр фермента — это место на поверхности фермента, где связываются субстраты и где происходит химическая реакция, катализируемая ферментом. Существует точное взаимодействие субстрата, которое происходит в активном центре, стабилизированном многочисленными слабыми взаимодействиями (водородные связи, электростатические взаимодействия, гидрофобные контакты и силы Ван-дер-Ваальса).

Ферменты образуют комплексы со своими субстратами. Связывание субстрата с активным центром фермента называется «комплексом фермент-субстрат». Общее уравнение образования комплекса выглядит следующим образом:

Ферменты не действуют:
Изменить константу равновесия реакции. K eq зависит только от разницы в уровне энергии между реагентами и продуктами.

Измените ΔG для реакции.Как показано на графиках выше, ферменты только снижают энергию активации, но не меняют разницу в уровнях энергии между реагентами и продуктами.

Превратите неспонтанную реакцию в спонтанную.


Биологический проект
Факультет биохимии и молекулярной биофизики
Аризонский университет
Пересмотрено: октябрь 2004 г.
Связаться с отделом разработки Команда

http://www.биология.аризона.эду
Все права защищены авторским правом © 1996. Все права защищены.

7 вещей, которые вы могли не знать о катализе

Компьютерное моделирование дает как перспективы для более качественных катализаторов, так и красивые изображения, такие как эта модель платинового катализатора, взаимодействующего с атомами кислорода (красный) и атомами водорода (белый). Предоставлено: Изображение Риса Рэнкина, Центр наноразмерных материалов.

Катализаторы — это одна из тех вещей, о которых мало кто задумывается, разве что в средней школе по химии, но они заставляют мир тикать.Катализаторы окружают нас повсюду.

Почти все в вашей повседневной жизни зависит от катализаторов: автомобили, стикеры, стиральный порошок, пиво. Все части твоего бутерброда — хлеб, сыр чеддер, жареная индейка. Катализаторы расщепляют бумажную массу и производят гладкую бумагу для вашего журнала. Они чистят ваши контактные линзы каждую ночь. Они превращают молоко в йогурт, а нефть — в пластиковые молочники, компакт-диски и велосипедные шлемы.

Что такое катализ?

Катализаторы ускоряют химическую реакцию, снижая количество энергии, необходимой для ее запуска.Катализ является основой многих промышленных процессов, в которых используются химические реакции для превращения сырья в полезные продукты. Катализаторы являются неотъемлемой частью производства пластмасс и многих других промышленных изделий.

Даже человеческий организм работает на катализаторах. Многие белки в вашем теле на самом деле являются катализаторами, называемыми ферментами, которые делают все: от создания сигналов, которые двигают конечностями, до помощи в переваривании пищи. Они действительно являются фундаментальной частью жизни.

Аргоннские ученые Джефф Грили, Стефан Вайда и Ларри Кертисс (слева направо) работают над созданием новых катализаторов, подобных этому, которые уменьшают количество вредных побочных продуктов в производственных процессах.

Маленькие дела могут привести к большим результатам.

В большинстве случаев вам нужно совсем немного катализатора, чтобы что-то изменить. Даже размер частицы катализатора может изменить ход реакции. В прошлом году аргоннская команда, в которую входил материаловед Ларри Кертис, обнаружила, что один серебряный катализатор лучше справляется со своей задачей, когда он состоит из наночастиц шириной всего в несколько атомов. (Катализатор превращает пропилен в оксиды пропилена, что является первым шагом в производстве антифриза и других продуктов.)

Это может сделать вещи более экологичными.

В процессе промышленного производства пластика и других предметов первой необходимости часто образуются неприятные побочные продукты, которые могут представлять опасность для здоровья человека и окружающей среды. Более качественные катализаторы могут помочь решить эту проблему. Например, тот же самый серебряный катализатор на самом деле производит меньше токсичных побочных продуктов, что делает всю реакцию более экологичной.

По сути, катализатор — это способ экономии энергии. А крупномасштабное применение катализаторов могло бы сэкономить миру лотов энергии.Три процента всей энергии, используемой в США каждый год, идет на преобразование этана и пропана в алкены, которые, среди прочего, используются для производства пластмасс. Это эквивалентно более чем 500 миллионам баррелей бензина.

Катализаторы также являются ключом к разблокировке биотоплива. Вся биомасса — кукуруза, просо, деревья — содержит жесткое соединение, называемое целлюлозой, которое необходимо расщепить, чтобы получить топливо. Поиск идеального катализатора для разрушения целлюлозы сделал бы биотопливо более дешевым и более жизнеспособным в качестве возобновляемого источника энергии.

Часто мы понятия не имеем, почему они работают.

Точные причины, по которым работают катализаторы, до сих пор остаются загадкой для ученых. Кертисс занимается вычислительным катализом: использует компьютеры для решения сложного взаимодействия физики, химии и математики, объясняющего, как работает катализатор.

После того, как они разобрались с процессом, ученые могут попытаться создать катализатор, который работает еще лучше, моделируя, как вместо этого могут работать различные материалы. Возможные конфигурации новых катализаторов могут достигать тысяч комбинаций, поэтому суперкомпьютеры лучше всего справляются с ними.

Когда Эдисон строил лампочку, он протестировал буквально сотни различных нитей накаливания (вероятно, испытывая также и терпение своих лаборантов), прежде чем обнаружил обугленную нить. Воспользовавшись преимуществами суперкомпьютеров и современных технологий, ученые могут ускорить годы испытаний и расходов, чтобы добиться прорыва.

Curtiss запускает симуляции на суперкомпьютере Blue Gene/P в Аргонне для разработки возможных новых катализаторов. «Поскольку суперкомпьютеры стали быстрее, мы смогли делать то, что никогда не могли делать 10 лет назад», — сказал он.

Они могут быть необходимы для следующей большой революции в области аккумуляторов.

Новые эффективные литий-ионные аккумуляторы помогли превратить неуклюжие автомобильные телефоны в тонкие и элегантные сотовые телефоны и ноутбуки, доступные сегодня. Но ученые уже ищут следующую революцию в батареях — ту, которая когда-нибудь сделает батарею легкой и достаточно мощной, чтобы проехать на автомобиле 500 миль за раз. Перспективной идеей являются литий--воздушные -батареи, в которых в качестве основного компонента используется кислород из воздуха.Но для этой новой батареи потребуется полностью изменить внутреннюю химию, и для ее работы потребуется новый мощный катализатор. Литий-воздушная батарея работает, объединяя атомы лития и кислорода, а затем разъединяя их снова и снова. Это ситуация, созданная специально для катализатора, и хороший катализатор ускорит реакцию и сделает батарею более эффективной.

Как сделать новый катализатор?

Понимание химии реакций — первый шаг; затем ученые могут использовать моделирование для разработки потенциальных новых катализаторов и тестирования их в лаборатории.Но этот первый шаг труден, если вы не можете перейти на атомный уровень, чтобы увидеть, что происходит во время реакции. Именно здесь сияют крупные научные объекты, такие как усовершенствованный источник фотонов в Аргонне (APS).

В APS ученые могут использовать самые яркие рентгеновские лучи в США для отслеживания реакций в режиме реального времени. В Центре электронной микроскопии лаборатории исследователи фотографируют атомы, пока они реагируют. Кертисс и его команда использовали оба этих метода в поисках лучших катализаторов.

TWC — трехкомпонентный каталитический нейтрализатор

ПРЕДПОСЫЛКИ — CATCON

Каталитический нейтрализатор (или каткон) в вашем автомобиле на самом деле является очень важным элементом выхлопной системы автомобиля, поскольку он удаляет вредные оксиды азота (NO X , x=1,2,3) и окись углерода (CO) от остатков сжигания до того, как они попадут в окружающую среду. Он называется каталитическим нейтрализатором, потому что он преобразует CO в вездесущий CO 2 и NO X в N 2 и O 2 посредством химических реакций на твердом катализаторе.Катализатор — это химическое соединение, которое помогает реакции протекать быстрее за счет снижения энергетического барьера активации реакции. В ходе реакции не расходуется. В случае каткона катализатор представляет собой твердую платиновую (Pt) или палладиевую (Pd) поверхность, на которой адсорбируются и реагируют реагенты из газовой фазы. Этот процесс реакции, в котором участвует катализатор, находящийся в фазе, отличной от фазы реагентов, известен как гетерогенный катализ. (Узнайте больше о катализаторах на этом веб-сайте.)

Каталитический нейтрализатор — в разобранном виде

На приведенном выше рисунке показаны основные компоненты каталитических нейтрализаторов. Основными компонентами являются два сотовых монолита, покрытых тонким слоем Pt/Rh (первый монолит) и Pd/Rh (второй). Они обеспечивают площадь поверхности, на которой происходит реакция. Как упоминалось ранее, реакции окисления происходят на поверхности металлического катализатора. Поскольку реакция зависит от поверхности, на которой частицы могут адсорбироваться и реагировать, чем больше площадь поверхности, тем выше будет конверсия.Другими словами, скорость реакции и конверсия прямо пропорциональны площади поверхности катализатора.

Роль сотовой структуры монолитов заключается в увеличении открытой площади поверхности, покрытой слоем катализатора. По мере увеличения количества каналов в монолите увеличивается площадь поверхности. Как показано, поверхность монолитов покрыта тонким слоем довольно аморфного силикатного материала, который увеличивает площадь поверхности за счет придания поверхности шероховатости.

Для получения дополнительной информации о площади поверхности катализатора посетите этот веб-сайт.

Подробнее о его конструкции можно проиллюстрировать следующим видео:

Химические реакции в TWC

Как видно из видео, наиболее очевидными реакциями, происходящими внутри котона, являются следующие:

Тем не менее, в этой небольшой части вашего автомобиля одновременно происходит не менее 15 реакций.Их можно разделить на четыре основные категории: окисление, преобразование водяного газа и пара, восстановление закиси азота и хранение кислорода. Вы можете найти больше об этом в разделе кинетики.

Материальные и энергетические балансы

Скорость химической реакции также зависит от температуры, как показано уравнением Аррениуса. Следовательно, мы должны также учитывать передачу энергии (тепла) через наш реактор, потому что каталитический нейтрализатор, по сути, является реактором.Кроме того, каждый канал монолита служит мини-реактором, поскольку реакции происходят в каналах. В этой системе существует три основных механизма теплопередачи:

     1) Теплопроводность вдоль монолита

     2) Конвекционная теплопередача от газообразных частиц к стенкам монолита.

     3) Выделение тепла в результате химических реакций (эти реакции окисления экзотермические)

Величина каждого вида скорости теплопередачи будет зависеть от параметров реактора, таких как теплопроводность материалов, из которых изготовлен реактор.Кроме того, скорость реакции зависит от концентрации реагентов, поэтому крайне важно учитывать их транспортировку и расход в реакторе. Это также будет зависеть от параметров реактора, таких как коэффициент диффузии, который определяет, насколько быстро частицы могут перемещаться по материалу.

Новая теория показывает, как напряжение улучшает качество катализаторов

Толчок и тяга: Исследователи из Университета Брауна показали, что влияние внешнего напряжения на катализатор зависит от внутреннего напряжения, создаваемого химическими реагентами.Эта новая теоретическая основа может быть полезна при оптимизации катализаторов для различных реакций. Лаборатория Петерсона / Университет Брауна

ПРОВИДЕНС, Род-Айленд, [Университет Брауна] — Исследователи из Университета Брауна разработали новую теорию, объясняющую, почему металлические катализаторы при растяжении или сжатии могут улучшить их работу. Теория, описанная в журнале Nature Catalysis, может открыть новые возможности проектирования новых катализаторов с новыми возможностями.

Катализаторы – вещества, ускоряющие химические реакции.Подавляющее большинство промышленного катализа связано с твердыми поверхностями, часто металлами, которые катализируют реакции в жидкостях или газах. Каталитический нейтрализатор в автомобиле, например, использует металлические катализаторы для удаления токсинов из выхлопных газов. Также есть интерес к использованию металлических катализаторов для преобразования углекислого газа в топливо, производства удобрений из атмосферного азота и управления реакциями в автомобилях на топливных элементах.

Исследования последних лет показали, что применение деформации к металлическим катализаторам — сжатия или растяжения — может в некоторых случаях изменить их работу.

«Напряжение — действительно горячая тема в катализе прямо сейчас», — сказал Эндрю Петерсон, доцент Инженерной школы Брауна и соавтор исследования. «Мы начинаем видеть вещи, происходящие под напряжением, которые нелегко объяснить с помощью традиционной теории о том, как работают катализаторы. Это заставило нас задуматься об альтернативной структуре для этого вопроса».

Металлический катализатор работает, заставляя реагенты связываться с его поверхностью, процесс, известный как адсорбция. Адсорбция разрывает химические связи молекул реагентов, позволяя протекать на поверхности металла различным стадиям химической реакции.После завершения стадий реакции конечный продукт высвобождается из катализатора посредством обратного процесса, называемого десорбцией.

Ключевым свойством катализатора является его реакционная способность, то есть насколько прочно он связывает химические молекулы со своей поверхностью. Катализаторы должны быть в некоторой степени реактивными, чтобы произошло связывание, но не слишком реактивными. Слишком высокая реакционная способность приводит к тому, что катализатор слишком крепко удерживает молекулы, что может препятствовать некоторым стадиям реакции или препятствовать десорбции конечных продуктов.

В последние годы было показано, что применение напряжения к катализатору может регулировать его реакционную способность, и существует хорошо зарекомендовавшая себя теория того, как это работает. Вообще говоря, теория предсказывает, что деформация растяжения должна увеличивать реактивность, а сжатие — уменьшать ее. Однако Петерсон и его группа продолжали сталкиваться с системами, которые с трудом объяснялись теорией.

Это заставило исследователей задуматься о новом взгляде на проблему. Традиционная теория описывает вещи на уровне электронов и электронных зон.Новая теория немного уменьшает масштаб, вместо этого сосредотачиваясь на механике взаимодействия молекул с атомной решеткой катализатора.

Петерсон и его команда показали, что молекулы, связанные с поверхностью катализатора, имеют тенденцию либо раздвигать атомы в решетке, либо сближать их, в зависимости от характеристик молекул и мест связывания. Различные силы, создаваемые молекулами, имеют интересные последствия для того, как внешнее напряжение должно влиять на реакционную способность катализатора.Это предполагает, что напряжение, которое растягивает атомную решетку катализатора, должно сделать катализатор более реактивным по отношению к молекулам, которые естественным образом стремятся раздвинуть решетку. В то же время напряжение должно снижать реактивность молекул, которые хотят стянуть решетку. Сжатие — сжатие решетки — имеет обратный эффект.

Новая теория не только помогает объяснить ранее загадочные результаты, но и делает новые важные предсказания. В частности, он предсказывает способ разрушить традиционные отношения масштабирования между катализаторами и различными типами молекул.

«Масштабные соотношения означают, что при нормальных обстоятельствах, когда вы увеличиваете реакционную способность катализатора по отношению к одному химическому веществу, это также увеличивает реакционную способность по отношению к другим химическим веществам», — сказал Петерсон. «Точно так же, если вы уменьшите реактивность одного химического вещества, вы уменьшите ее и для других».

Эти отношения масштабирования вызывают неприятные компромиссы при попытке оптимизировать катализатор. Получение идеальной реакционной способности для одного химического вещества может привести к слишком сильному (или слишком слабому) связыванию другого химического вещества, что может привести к ингибированию некоторых стадий реакции.Но эта новая теория предполагает, что деформация может нарушить эти масштабные отношения, позволяя катализатору одновременно связывать одно химическое вещество более прочно, а другое — более слабо, в зависимости от естественного взаимодействия химического вещества с атомной решеткой катализатора и от того, как создается поле деформации на поверхности. поверхность катализатора.

«Теперь вы можете начать думать о действительно тонкой настройке катализаторов, чтобы они работали лучше на разных стадиях реакции», — сказал Петерсон. «Это может значительно улучшить производительность катализатора, в зависимости от используемых химических веществ.

Команда Петерсона начала собирать базу данных об общих химических веществах для реакций и их взаимодействии с различными поверхностями катализатора. Эта база данных могла бы служить руководством для поиска реакций, которые могли бы выиграть от напряжения и нарушения соотношений масштабирования.

Тем временем Петерсон надеется, что работа, которую они проделали, предоставит сообществу катализаторов новый взгляд на деформацию.

«Мы пытаемся создать основу, которая обеспечивает более интуитивное понимание того, как напряжение работает в катализе», — сказал Петерсон.«Поскольку люди разрабатывают новые катализаторы, они могут думать о том, как лучше использовать эти эффекты деформации».

Исследование проводилось при поддержке Исследовательского бюро армии США (W911NF-11-10353). Другими авторами статьи были Алиреза Хоршиди, Джеймс Вайолет и Джавад Хашеми.

.