Что значит слово катализатор
Значение слова «катализатор»
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
КАТАЛИЗА’ТОР, а, м. [см. катализ] (хим.). Вещество, ускоряющее или замедляющее химическую реакцию, само при этом не изменяющееся.
Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
катализа́тор
1. хим. вещество, многократно участвующее в химическом превращении реагентов в продукты реакции, ускоряющее эту реакцию, но не входящее в состав её продуктов и регенерирующееся в исходной форме после каждого акта превращения
2. перен. то, что ускоряет развитие чего-либо, какой-либо процесс
Делаем Карту слов лучше вместе
Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!
Спасибо! Я обязательно научусь отличать широко распространённые слова от узкоспециальных.
Насколько понятно значение слова мукомольный (прилагательное):
Ассоциации к слову «катализатор»
Синонимы к слову «катализатор»
Предложения со словом «катализатор»
Цитаты из русской классики со словом «катализатор»
Сочетаемость слова «катализатор»
Каким бывает «катализатор»
Понятия со словом «катализатор»
Отправить комментарий
Дополнительно
Предложения со словом «катализатор»
Охрана интересов частных лиц и необходимость обеспечения безопасной деятельности представителей частного сектора стали катализатором процессов, связанных с разработкой законодательной базы применения полиграфа.
Но книга, несомненно, может послужить катализатором серьёзной дискуссии об иконе, да и вообще о христианском искусстве, дискуссии, необходимой в наши дни как никогда ранее.
– Капитан мог сыграть роль катализатора переноса, живого маяка, на который наводился гипертуннель!
Значение слова катализатор
катализатор в словаре кроссвордиста
катализатор
Толковый словарь русского языка. Д.Н. Ушаков
катализатора, м. (см. катализ) (хим.). Вещество, ускоряющее или замедляющее химическую реакцию, само при этом не изменяющееся.
Толковый словарь русского языка. С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова.
-а, м. (спец.). Вещество, изменяющее скорость химической реакции.
Новый толково-словообразовательный словарь русского языка, Т. Ф. Ефремова.
Вещество, увеличивающее скорость химической реакции.
перен. Факт, явление и т.п., способствующие развитию чего-л.
Большая Советская Энциклопедия
Имена, названия, словосочетания и фразы содержащие «катализатор»:
Википедия
Катализа́тор — физико-химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции.
Примеры употребления слова катализатор в литературе.
Если есть уксус, светильный газ или ацетальдегид и соответствующий катализатор, то древесную целлюлозу можно перегонять в этиловый спирт.
Бош разработали аммиачный метод связывания азота, применив платиновые катализаторы.
Все иные катализаторы не защищают от образования закиси азота и других веществ, резко снижающих качество конечного продукта.
Рассмотрение отчетов парткомов ряда министерств в ЦК показывает, что они еще очень робко, с оглядкой используют свое право контроля, не являются катализаторами нового, борьбы с ведомственностью, бумаготворчеством и волокитой.
Израиль, основной союзник западных держав, на протяжении конца 60-х и первой половины 70-х годов несколько раз оказывался в состоянии войны с арабскими соседями, а исламская революция в Иране стала одним из катализаторов, ускоривших вторую волну нефтяного кризиса, столь болезненного для Запада.
Мои люди сообщили, что после ее смерти Дюнан на время перебрался в опустевшую мастерскую и чуть ли не всю зиму брал пробы со всего, вплоть до фанерной переборки, крошек от шлифовального камня, стенной краски, пыли на полу, но так и не обнаружил катализатора.
Обнаружил Дюнан катализатор в лаборатории на улице Амели или нет, уже роли не играло.
Для того чтобы процесс пошел, нужен катализатор или, как еще говорят, бродило, нужно было бросить в уже пришедшее в движение общество, в забродивший политический процесс дрожжи самой партии.
Вода пошла по цехам, через электрические, магнитные поля, катализаторы, иониты, будет переходить из цеха в цех, возвращаться дважды и трижды, отдавая металлы до последней крупицы.
Рутениевые катализаторы используют для получения глицерина и других многоатомных спиртов из целлюлозы, а также для синтеза синильной кислоты.
Здесь есть измельченные питательные вещества любого рода, мыльные растворы и моющие вещества, красители и чернила, косметические препараты, помои и отбеливатели, смолы и катализаторы, ферменты и отходы жизнедеятельности человека и животных.
В этих потоках есть измельченные питательные вещества любого рода, мыльные растворы и моющие вещества, красители и чернила, косметические препараты, помои и отбеливатели, смолы и катализаторы, ферменты и отходы жизнедеятельности человека и животных.
Источник: библиотека Максима Мошкова
Транслитерация: katalizator
Задом наперед читается как: ротазилатак
Катализатор состоит из 11 букв
Катализатор
Смотреть что такое «Катализатор» в других словарях:
катализатор — ускоритель, энзим, фермент Словарь русских синонимов. катализатор сущ., кол во синонимов: 11 • биокатализатор (1) • … Словарь синонимов
КАТАЛИЗАТОР — КАТАЛИЗАТОР, вещество, которое способствует ускорению химической реакции, однако не участвует в ней. Многие промышленные процессы основываются на действии катализаторов, например, в ПРОЦЕССЕ ГАБЕРА по производству АММИАКА катализатором служит… … Научно-технический энциклопедический словарь
КАТАЛИЗАТОР — КАТАЛИЗАТОР, катализатора, муж. (см. катализ) (хим.). Вещество, ускоряющее или замедляющее химическую реакцию, само при этом не изменяющееся. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
КАТАЛИЗАТОР — КАТАЛИЗАТОР, а, муж. (спец.). Вещество, изменяющее скорость химической реакции. | прил. катализаторный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
катализатор — вещество, ускоряющее или замедляющее реакцию, но остающееся при этом неизменным. Биол. К. являются ферменты. (Источник: «Микробиология: словарь терминов», Фирсов Н.Н., М: Дрофа, 2006 г.) … Словарь микробиологии
КАТАЛИЗАТОР ФС-26/6 — катализатор, применяемый в составе песчано смоляных смесей при изготовлении стержней с фенолокарбамидными связующими в нагреваемой оснастке. Представляет собой водный раствор карбамида, хлористого и бромистого аммония и уротропина. Прозрачная… … Металлургический словарь
катализатор — Вещество, изменяющее скорость химических реакций. [ГОСТ Р 51953 2002] Тематики крахмал и крахмалопродукты … Справочник технического переводчика
катализатор — – вещество, влияющее на скорость химической реакции или возбуждающее ее, но в конечном итоге остающееся неизменным и неизрасходованным. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] … Химические термины
Катализатор — вещество, ускоряющее химическую реакцию, не будучи реагентом или продуктом реакции. [Ушеров Маршак А. В. Бетоноведение: лексикон. М.: РИФ Стройматериалы. 2009. – 112 с.] Рубрика термина: Общие термины Рубрики энциклопедии: Абразивное… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
КАТАЛИЗАТОР — вещество, ускоряющее хим. реакцию. Вещество, замедляющее реакцию называют (см.). К. дают новые направления хим. реакции, они могут образовывать с реагирующими веществами промежуточные соединения, однако сами не входят в состав конечных продуктов … Большая политехническая энциклопедия
Катализатор — (Catalyst) Определение катализатора, механизм действия катализатора Определение катализатора, механизм действия катализатора, применение катализатора Содержание Содержание 1. в химии Виды катализаторов Механизм действия катализаторов Требования,… … Энциклопедия инвестора
Зачем нужен катализатор в автомобиле и можно ли его удалять
Я ехал по трассе, и у машины пропала тяга. Хорошо, что это не случилось при обгоне.
Я добрался до ближайшего автосервиса и удалил катализатор. Потом заплатил за работу и оставил все, что от этого катализатора осталось, ребятам из автосервиса. Тогда я еще не знал, что эта деталь содержит драгоценные металлы и за все, что от него осталось, дают хорошие деньги. В следующий раз буду умнее: проезжу на машине до 100 000 км, потом удалю, а катализатор оставлю себе или расплачусь им за работу.
Я попытался разобраться, насколько катализатор лишняя деталь в автомобиле и можно ли его удалять. Из этой статьи вы узнаете, как работает катализатор, какие типы катализаторов бывают, из-за чего они выходят из строя и какие есть признаки неисправного катализатора.
Что такое катализатор и зачем он нужен
Технически это огнеупорный керамический или металлический цилиндр с сотами, через которые проходят отработавшие газы, в составе которых есть вредные вещества: углеводород, оксид азота, окись углерода. На стенках этих сот есть микрослой веществ-катализаторов: это может быть платина, палладий или родий. Они ускоряют химические процессы, и выхлопные газы после окислительно-восстановительных реакций с этими металлами становятся менее токсичными.
В основном катализаторы ставят в выхлопной системе автомобилей с бензиновыми двигателями. Их может быть несколько: например, если из двигателя идет две отдельные выхлопные трубы, ставят по одному на каждую. Бывает, что катализаторы ставят последовательно на одной выхлопной трубе.
Еще катализатор снижает температуру газов. Например, на входе в катализатор температура газов около +390 °C, а на выходе — уже +260 °C. Примерно в таком температурном режиме и проходят химические реакции, поэтому какое-то время после запуска двигателя катализатор не работает.
Как сделать ремонт и не сойти с ума
Виды катализаторов и их заменители
Обычно такую замену делают на гарантийных машинах, если по каким-то причинам он вышел из строя или его украли. Срок службы оригинального катализатора обычно не меньше гарантийного срока автомобиля.
Р » loading=»lazy» data-bordered=»true»>
При выборе универсального катализатора важно правильно определить его объем, который не должен быть меньше оригинального. Корпус катализатора не всегда круглой формы, у него разная длина и ширина. Отработавший катализатор вырезают из корпуса болгаркой, а новый вваривают на его место. Лучше, чтобы эти работы проводил опытный сварщик, который сделает качественный сварной шов.
Установка универсального катализатора — это компромисс для тех, кто не хочет или не может купить оригинальный катализатор, но заботится об экологии или хотя бы хочет пройти техосмотр.
Пламегаситель в английских руководствах по ремонту выхлопных систем — это «предварительный глушитель». Он смешивает потоки отработавших газов из разных цилиндров, снижает их температуру, а также сводит уровень шума и вибрацию до приемлемого уровня. Его устанавливают вместо катализатора, но он никак не влияет на токсичность отработавших газов.
Между корпусом и трубой пламегасителя проложен огнеупорный наполнитель. Обычно это базальт, синтетическое волокно или минеральная вата. Корпус пламегасителей может быть однослойным или двухслойным. Двухслойные также называют реактивными. Они более долговечны и хорошо гасят колебания звуковой волны. Внутренний слой должен выдерживать воздействие высоких температур, а внешний — коррозии.
Для каждого автомобиля нужно рассчитать оптимальный объем пламегасителя. Если объема пламегасителя будет недостаточно, то звук на выходе будет неприятным, дребезжащим. Те элементы глушителя, которые находятся после пламегасителя, подвергаются повышенному износу и быстрее выходят из строя.
Можно ли удалить катализатор
Катализатор по умолчанию рассчитан на весь срок службы автомобиля. Но качество топлива и тяжелые условия эксплуатации разрушают его значительно раньше: например, при пробеге 100 000 км.
Нет универсального или регламентированного срока удаления катализатора — каждый случай индивидуален. Неисправный катализатор доставляет множество проблем: от назойливой лампочки Check engine до попадания керамической пыли в цилиндры двигателя. Поэтому у большинства автомобилей старше десяти лет катализатор уже удален.
Есть такие выхлопные системы, при которых катализатор расположен очень близко к двигателю. В случае когда он начинает разрушаться, дисперсионная пыль от него летит в сторону двигателя. Она очень мелкая и твердая, ее можно сравнить с мелким песком. Она царапает цилиндры двигателя при работе поршней. Из-за этих царапин двигатель начинает потреблять масло или его расход увеличивается — это в случае, если двигатель потребляет его с первых дней эксплуатации автомобиля.
Рано или поздно это приводит к капитальному ремонту двигателя. Некоторые автовладельцы хотят избежать таких неприятных последствий и удаляют катализатор еще до того, как он начнет разрушаться.
Можно обойтись без обманки. Для этого нужно перепрошить электронный блок управления и настроить его так, чтобы лямбда-зонд воспринимал новые «вредные» показания датчиков как норму. В объявлениях эту процедуру называют перепрошивкой под Евро-2 и обещают, что машина будет ехать бодрее, двигатель будет выдавать на 20—30 лошадиных сил больше.
Установка обманок, пламегасителей вместо нового оригинального катализатора может привести к неожиданным последствиям: ошибкам двигателя, неприятному запаху выхлопных газов или излишнему расходу топлива и масла.
Из-за того что количество вредных выбросов при таком ремонте не соответствует заявленным нормам, автомобиль может не пройти техосмотр. По российскому законодательству катализатор — компонент транспортного средства, поэтому автовладелец удаляет его на свой страх и риск. Если по каким-то причинам нужно заменить оригинальный катализатор, то установка универсального — оптимальное решение.
Не советую удалять катализатор на гарантийных автомобилях на пробеге до 100 000 км без необходимости. Двигатель автомобиля, скорее всего, снимут с гарантии из-за вмешательства в выхлопную систему. На гарантийных авто проблема с катализаторами возникает редко, менее 1% случаев от общего объема продаж.
Почему катализаторы воруют
От краж катализатора часто страдают автомобили каршеринга и такси. Но были случаи, когда оригинальный катализатор вырезали на улице, когда автомобиль припаркован на ночь во дворе. Достаточно поднять машину домкратом и вырезать часть глушителя болгаркой.
В автомобилях с высоким клиренсом можно добраться до катализатора даже без домкрата. Кража катализатора занимает около минуты. Но если сигнализация оборудована датчиком наклона, то она сообщит, что автомобиль пытаются приподнять.
Обычно за удаление катализатора, установку пламегасителя, обманки или перепрошивки электронного блока управления автосервисы не берут никакой оплаты, а просто оставляют отработавший катализатор себе.
Но немало и тех, кто просто забирает молча, без всяких скидок и выплат, как лом черного металла. А потом сдают его, ведь оригинальный катализатор содержит драгоценные металлы, которые стоят дороже золота.
В среднем драгметаллы — это 0,08—0,17% от общей массы катализатора. Со временем он вырабатывает свой ресурс и драгметаллов становится меньше. Точное количество платины, палладия и родия в конкретном катализаторе определяют анализатором драгоценных металлов.
Из-за чего катализатор выходит из строя
Износ напыления из драгоценных металлов. Драгоценные металлы на стенках ячеек катализатора выгорают — это естественный процесс. Поэтому при приеме катализатора на переработку проводят его химический анализ. Может оказаться так, что в катализаторе совсем не осталось драгметаллов. Когда это происходит, выхлопные газы перестают очищаться, кислородные датчики это фиксируют, и на панели приборов возникает ошибка.
Некачественное топливо. Иногда, чтобы увеличить октановое число топлива, недобросовестные владельцы заправок добавляют в него присадки, которые содержат свинец. Это увеличивает нагрузку на катализатор, соты забиваются продуктами горения топлива, и он раньше выходит из строя. Для дизельных двигателей повышенный износ сажевого фильтра происходит зимой, когда в топливо добавляют антигель.
Неисправности зажигания. Если свечи дают искру с перебоями, то несгоревшие остатки топливно-воздушной смеси сгорают в катализаторе, что уменьшает срок его службы. Соты катализатора при этом оплавляются, и его пропускная способность уменьшается.
Неисправности двигателя. Если в цилиндрах двигателя есть царапины или задиры, то смесь, которая получается при работе двигателя внутреннего сгорания, перестает быть двухкомпонентной — то есть теперь состоит не только из воздуха и топлива. В ней есть еще и моторное масло. Это неизбежно засоряет катализатор, и он вскоре выходит из строя. Часто в проблемах с двигателем обвиняют разрушившийся катализатор. Но в этом случае скорее двигатель провоцирует проблемы с катализатором.
Как обнаружить проблему
Катализатор редко разрушается внезапно, в один момент. Обычно этому предшествуют типичные симптомы работы двигателя, выхлопной системы и посторонние звуки. Если внимательно анализировать все изменения, можно вовремя вмешаться и исправить ситуацию.
Лампочка «чек энджин» на панели приборов загорается по разным причинам. Если считать код специальным сканером, то он покажет, где конкретно возникла проблема. Ошибка воздушных датчиков катализатора говорит о том, что с катализатором что-то не так.
Снижение мощности двигателя. По ощущениям за рулем это похоже на прицеп или машину на буксире. Автомобиль трогается с места, ускоряется, но ему как будто что-то мешает — ускорение недостаточно энергичное. Иногда двигатель машины при этом вибрирует, а сама машина дергается.
Посторонние звуки под днищем. Если катализатор уже начал разрушаться, то его частички при высоких оборотах двигателя или при запуске бьются о корпус выхлопной системы. При этом водитель слышит посторонние звуки под днищем автомобиля. Они похожи на звенящий звук в пустой металлической банке.
Нестабильный напор газов из глушителя. Для такой проверки нужно поднести руку к выхлопной трубе и почувствовать такт выхода газов. При нормальной работе газы выходят через равные промежутки времени, похожие на биение сердца. Если поток газов ровный и слабый, значит, катализатор, скорее всего, неисправен.
Запах выхлопных газов. Если катализатор не очищает выхлопные газы от токсичных выбросов, то это можно почувствовать без специальных замеров уровня углекислого газа. Рядом с машиной, особенно в момент ее прогрева, будет неприятно пахнуть продуктами сгорания топливно-воздушной смеси. Иногда запах проникает в салон автомобиля, когда двигатель работает на холостых оборотах.
Задиры на цилиндрах. Если катализатор уже начал разрушаться и его частицы попали в камеру сгорания топливно-воздушной смеси, то на цилиндрах образуются задиры и царапины. Проверку их состояния можно провести в автосервисе специальным устройством — эндоскопом. Если с цилиндрами все в порядке и нет других признаков, то удалять катализатор не нужно.
Диагностика датчиков. С помощью автосканера, например ELM 327, можно подключиться к электронному блоку управления автомобилем. В приложениях для смартфона нужно выбрать показания кислородных датчиков катализатора и сравнить их фактические значения с эталонными.
Проверять датчики нужно на прогретом, работающем на холостых оборотах двигателе. Отклонения от нормы будут означать, что катализатор неисправен. Хотя бывает и так, что дело во втором кислородном датчике — они со временем прогорают и перестают работать, так что нелишним будет совместить этот способ с проверкой эндоскопом.
Катализатор
Определение катализатора, механизм действия катализатора
Определение катализатора, механизм действия катализатора, применение катализатора
Содержание
Содержание
1. Катализаторы в химии
— Механизм действия катализаторов
— Требования, предъявляемые к катализаторам
2. Катализаторы в автомобилях
— Выбросы загрязняющих веществ
— Как катализаторы сокращают вредные выбросы в выхлопных газах
— Контроль загрязнения и повышение эффективности выхлопной системы
— Экономия топлива и катализаторы горения
Катализатор — это вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции. Количество катализатора, в отличие от других реагентов, после реакции не изменяется. Обеспечивая более быстрый путь для реакции, катализатор реагирует с исходным веществом, получившееся промежуточное соединение подвергается превращениям и в конце расщепляется на товар и катализатор. Затем катализатор снова реагирует с исходным веществом, и этот каталитический цикл многократно (до миллиона раз) повторяется.
Катализаторы в химии
Виды катализаторов
Катализаторы подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Гомогенный катализатор находится в одной фазе с реагирующими веществами, гетерогенный – образует самостоятельную фазу, отделённую границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества. Типичными гомогенными катализаторами являются кислоты и основания. В качестве гетерогенных катализаторов применяются металлы, их оксиды и сульфиды.
Реакции одного и того же типа могут протекать как с гомогенными, так и с гетерогенными катализаторами. Так, наряду с растворами кислот применяются имеющие кислотные свойства твёрдые Al2O3, TiO2, ThO2, алюмосиликаты, цеолиты. Гетерогенные катализаторы с основными свойствами: CaO, BaO, MgO.
Гетерогенные катализаторы имеют, как правило, сильно развитую поверхность, для чего их распределяют на инертном носителе (силикагель, оксид алюминия, активированный уголь и др.).
Для каждого типа реакций эффективны только определённые катализаторы. Кроме уже упомянутых кислотно-основных, существуют катализаторы окисления-восстановления; для них характерно присутствие переходного металла или его соединения (Со+3, V2O5+MoO3). В этом случае катализ осуществляется путём изменения степени окисления переходного металла.
Много реакций осуществлено при помощи катализаторов, которые действуют через координацию реагентов у атома или иона переходного металла (Ti, Rh, никель). Такой катализ называется координационным.
Если катализатор обладает хиральными свойствами, то из оптически неактивного субстрата получается оптически активный товар.
В современной науке и технике часто применяют системы из нескольких катализаторов, каждый из которых ускоряет разные стадии реакции (Имянитов, Temkin). Катализатор также может увеличивать скорость одной из стадий каталитического цикла, осуществляемого другим катализатором. Здесь имеет место «катализ катализа», или катализ второго уровня (Имянитов).
В биохимических реакциях роль катализаторов играют ферменты.
Катализаторы следует отличать от инициаторов. Например, перекиси распадаются на свободные радикалы, которые могут инициировать радикальные цепные реакции. Инициаторы расходуются в процессе реакции, поэтому их нельзя считать катализаторами.
Ингибиторы иногда ошибочно считают отрицательными катализаторами. Но ингибиторы, например, цепных радикальных реакций, реагируют со свободными радикалами и, в отличие от катализаторов, не сохраняются. Другие ингибиторы (каталитические яды) связываются с катализатором и его дезактивируют, здесь имеет место подавление катализа, а не отрицательный катализ. Отрицательный катализ в принципе невозможен: он обеспечивал бы для реакции более медленный путь, но реакция, естественно, пойдёт по более быстрому, в данном случае, не катализированному, пути.
Катализаторами называются вещества, изменяющие скорость химических реакций.
Химические реакции, протекающие при участии катализаторов, называют каталитическими.
Каталитическое воздействие может быть оказано на большинство химических реакций. Число катализаторов очень велико, а их каталитическая активность весьма различна. Она определяется изменением скорости реакции, вызываемым катализатором.
Сам катализатор в реакциях не расходуется и в конечные продукты не входит.
При этом образуется активированный комплекс с более низким уровнем энергии и скорость реакции сильно возрастает.
Механизм действия катализаторов
Механизм действия катализаторов обычно объясняют образованием промежуточных соединений с одним из реагирующих веществ. Так, если медленно протекающую реакцию А + В = АВ вести в присутствии катализатора К, то катализатор вступает в химическое взаимодействие с одним из исходных веществ, образуя непрочное промежуточное соединение:
Реакция протекает быстро, так как энергия активации этого процесса мала. Затем промежуточное соединение АК взаимодействует с другим исходным веществом, при этом катализатор высвобождается:
Энергия активации этого процесса также мала, а потому реакция протекает с достаточной скоростью. Если теперь оба процесса, протекающие одновременно, суммировать, то получим окончательное уравнение быстро протекающей реакции:
Эта реакция протекает медленно. Но при введении катализатора образуется промежуточное соединение:
Поверхность катализатора неоднородна. На ней имеются так называемые активные центры, на которых главным образом и протекают каталитические реакции. Реагирующие вещества адсорбируются на этих центрах, в результате чего увеличивается концентрация их на поверхности катализатора. А это отчасти приводит к ускорению реакции. Но главной причиной возрастания скорости реакции является сильное повышение химической активности адсорбированных молекул. Под действием катализатора у адсорбированных молекул ослабляются связи между атомами и они становятся более реакционноспособными. И в этом случае реакция ускоряется благодаря снижению энергии активации (в том числе за счет образования поверхностных промежуточных соединений).
Некоторые вещества снижают или полностью уничтожают активность твердого катализатора. Такие вещества называются каталитическими ядами. В качестве примера можно привести соединения мышьяка, ртути, свинца, цианистые соединения, к которым особенно чувствительны платиновые катализаторы. В производственных условиях реагирующие вещества подвергают очистке от каталитических ядов, а уже отравленные катализаторы регенерируют.
Однако имеются и такие вещества, которые усиливают действие катализаторов данной реакции, хотя сами катализаторами не являются. Эти вещества называются промоторами (промотирование платиновых катализаторов добавками железа, алюминия и др.).
Следует особо отметить, что действие катализаторов избирательно, поэтому, применяя разные катализаторы, можно получить из одного и того же вещества разные продукты. Так, например, в присутствии катализатора оксида алюминия Аl2О3 при 300° С из эт лового спирта получают воду и этилен:
Скорость протекания химической реакции можно значительно увеличить, если добавить вещество, которое участвует в этой реакции, но при этом само не расходуется. Чтобы лучше это понять, представим себе работу брокера по операциям с недвижимостью. Брокер находит и собирает вместе людей, желающих продать какое-либо имущество, и людей, желающих его купить, таким образом способствуя его продаже и передаче другому владельцу. При этом сам брокер в ходе договора ничего реально не покупает и не продает. Так же и катализатор, или фермент, способствует протеканию реакции между двумя веществами, но к концу реакции остается в первоначальном виде.
Пожалуй, самый известный катализатор находится у нас в машине, в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов. Он представляет собой мелкоячеистую металлическую сетку, сделанную из палладия и платины, через которую пропускаются выхлопы из автомобильного двигателя. Эти металлы катализируют ряд химических взаимодействий. Во-первых, они абсорбируют окись углерода (CO), окись азота (NO) и кислород, причем каждая молекула NO распадается на составляющие ее атомы. CO соединяется с атомом кислорода, образуя диоксид углерода, а атомы азота соединяются, и получаются молекулы азота. В то же время избыток кислорода дает возможность углеводородам, не до конца сгоревшим в автомобильных цилиндрах, полностью окислиться до диоксида углерода и воды. Вот так выхлопные газы, которые содержат окись углерода (смертельный яд) и вещества, приводящие к кислотным дождям, а также несгоревшие фрагменты исходных молекул бензина, превращаются в относительно безвредную смесь диоксида углерода, азота и воды.
Чтобы понять действие ферментов, необходимо знать, что для взаимодействия сложных органических молекул недостаточно их простого контакта. Чтобы реакция протекала, определенные атомы в сближающихся молекулах должны быть правильно сориентированы друг относительно друга (так же как ключ определенным образом должен быть вставлен в замок), только тогда смогут образоваться химические связи. То есть для химических процессов, протекающих в биологических системах (см. Биологические молекулы), чрезвычайно важную роль играет пространственная геометрия.
В биохимии крайне мала вероятность того, что две сложные молекулы, предоставленные сами себе, случайно окажутся друг относительно друга в правильной ориентации, необходимой для взаимодействия. Чтобы такая реакция протекала с ощутимой скоростью, нужна помощь молекул определенного типа — ферментов. Фермент притягивает к себе две другие молекулы и удерживает их в правильном положении, чтобы взаимодействие состоялось. Как только реакция произошла, фермент освобождается и повторяет те же действия с другим набором молекул. Все ферменты в биологических системах представляют собой белки, которые могут принимать разнообразные сложные формы. Как и все белки, они закодированы в ДНК и в качестве ферментов управляют скоростью протекания химических реакций.
Требования, предъявляемые к катализаторам
Катализаторы, используемые в промышленности, должны обладать постоянной высокой каталитической активностью, селективностью, мех. прочностью, термостойкостью, устойчивостью к действию каталитических ядов, большой длительностью работы, легкой регенерируемостью, определенными гидродинамическими характеристиками, незначительной стоимостью. Эти требования относятся, в первую очередь, к катализаторам для гетерогического катализа. Единой теории подбора катализаторов не существует.
Многие катализаторы, широко применяемые в промышленности, подобраны эмпирическим путем. Однако развитие представлений о механизме катализа позволяет сформулировать некоторые принципы подбора катализаторов, пригодных для отдельных типов реакций. Принимая за основу ту или иную теорию действия катализаторов, стремятся найти к.-л. независимую, хорошо изученную характеристику катализатора, которую можно связать с каталитической активностью. Например, установлены корреляции активности катализаторов с числом d-электронов на орбитали катиона (для простых оксидов), параметром кристаллической решетки, электрической проводимостью, зарядом и радиусом иона, энергией хим. связи, кислотностью и др. Основой этих корреляций, как правило, является положение элементов, входящих в катализаторы, в периодической системе.
В технологичных расчетах каталитической активность определяется скоростью реакцции, отнесенной к единице объема или массы катализатора, и зависит от его хим. состава. Поскольку формирование свойств катализатора происходит не только во время его приготовления, но и во время эксплуатации, метод приготовления катализатора должен учитывать возможность образования активных центров в условиях катализа. Кроме того, во мн. случаях активность промышленных катализаторов увеличивают добавлением промоторов (сокатализаторов).
Степень использования внутреной поверхности катализатора можно повысить, применяя т. наз. бидиспeрсные структуры, состоящие, напр., из мелких плотных зерен малого радиуса, соединенных в более крупные пористые частицы размером 103-104 нм. В случае нанесенных катализаторов дисперсность активного компонента, как правило, не влияет на скорость диффузии, т.к. структура пор создается носителем. Селективностью катализатора называют отношение скорости накопления целевого товара к сумме скоростей всех превращает исходного вещества.
Можно выделить несколько факторов, которые определяют селективность и связаны с составом гетерог. Катализаторов. Т. наз. эффект ансамбля определяется числом атомов катализатора, с которыми взаимодеет одна молекула реагента.
Селективность может также изменяться благодаря изменению электронных свойств и окружения активных центров катализатора (т. наз. эффект лиганда). Кроме того, в реакциях сложных орг. молекул большое значение имеет преимуществ. образование товара, близкого по своей форме и размерам к размерам микропор катализатора. Напр., при алкилировании толуола метанолом на цеолитах наблюдается макс. селективность образования n-ксилола, т. к. поперечное сечение его молекулы меньше, чем у м- или о-ксилола, и он легко диффундирует по микропорам цеолита диаметром 0,6 нм. В сложных многостадийных реакциях применяют многофазные многокомпонентные катализаторы. Их селективность выше благодаря тому, что каждая стадия сложной реакции ускоряется своим компонентом катализатора. Таковы, напр., Bi-Mo-Fe-Co-Ni-K-оксидные катализаторы окислит. аммонолиза пропилена.
Селективность катализатора зависит также от его пористости, размера зерен и характера их укладки. Если целевой товар является промежуточным в цепи последовательных реакций, увеличение пористости снижает селективность катализатора относительно этого товара. Применение высокопористых катализаторов в этом случае невыгодно.
Термостойкость катализаторов особенно важна для первых по ходу реагента слоев катализаторов в экзотермических реакциях, когда выделение тепла может вызвать рекристаллизацию и дезактивацию катализаторов. Для предотвращения рекристаллизации катализаторы наносят на термостойкие носители. В процессах с большим тепловым эффектом применяют теплопроводные носители для устранения местных перегревов. Напр., катализаторы глубокого окисления углеводородов наносят на нихромовую проволоку. В состав катализаторов включают также добавки, предотвращающие рекристаллизацию вследствие разъединения кристалликов катализаторов. Такова роль Al2О3 в составе железного катализатора синтеза NH3.
Устойчивость катализатора к действию ядов каталитических определяется спецификой взаимодействие последних с катализатором. Металлические катализаторы отравляются соединение кислорода (Н2О, СО), серы (H2S, CS2 и др.), N, Р, As и др. веществами, образующими более прочную хим. связь с катализатором, чем реагирующие вещества.
Приготовление катализаторов. Для катализаторов с развитой уд. полностью наиболие распространение получил метод осаждения из водных растворов солей с послед. прокаливанием образующихся соединений. Мн. оксиды металлов получают осаждением гидроксидов из растворов солей под действием щелочи с послед. прокаливанием. При этом предпочтительно использование водного NH3, поскольку отпадает необходимость отмывки осадка от щелочных металлов. При увеличении рН среды образуется гидроксидов содержащий примеси основных солей.
Для большинства гидроксидов металлов размер частиц после осаждения составляет 4-5 нм. В дальнейшем более растворимые гидроксиды могут подвергаться рекристаллизации с образованием укрупненных частиц размером 10-103 нм. Для получения смешанных оксидных катализаторов применяют методы осаждения из смеси различных солей, напр., осаждение нерастворимых СоМоО4 из растворов молибдата аммония и нитрата кобальта. Для получения сложных оксидных и гидроксидных осадков используют методы комплексообразования, напр., образование оксалатных комплексов при взаимодействие ионов Al(Ш), Сr(III), Fe(III) с щавелевой кислотой или оксалатом аммония. Осадок катализатора после фильтрования, центрифугирования или декантации и промывки сушат. При этом удаляется кристаллизации вода и создается первичная пористая структура катализатора. При дальнейшем прокаливании гидроксидов происходит превращает их в оксиды, а в ряде случаев – взаимодеют между оксидами и др. хим. или фазовые превращения. Напр., при прокаливании смеси гидроксидов Со и Сr образуется СоСr2О4, применяемый в качестве катализатора глубокого окисления углеводородов. Уд. повехность и пористость при разложении гидроксидов возрастают.
Для равномерного распределения активного компонента на носителе применяют спец. режимы сушки. Окончательно металлические катализаторы требуемой дисперсности формируются при нагревании, восстановлении оксидов на носителе газами-восстановителями (Н2, СО) перед катализом или непосредственно во время катализа. Пористые металлические катализаторы, т. наз. скелетные, получают из двух- или многокомпонентных сплавов каталитически активных металлов (никель, Со, Сu, Fe) с Al или Si с послед. выщелачиванием Al или Si р-рами электролитов, отгонкой в вакууме или др. методами. Напр., для приготовления широко применяемых скелетных Ni-катализаторов гидрирования (Ni-Ренея) в расплав Al вводят никель и затем медленно охлаждают. При этом образуется мелкокристаллическая структура никель и его соединений с Al (Ni3Al, NiAl, Ni2Al3 и др.). Охлажденный сплав подвергают дроблению и обработке р-ром NaOH. Полученный катализатор пирофорен, поэтому его хранят и транспортируют под слоем масла. Перед использованием активируют Н2 при 120-200 °С. Уд. пов-сть 5-50 мг/г, диаметр пор 2-12 нм.
Катализаторы в автомобилях
В современных автомашинах присутствует каталитический преобразователь или автомобильный катализатор. Задачей автомобильного катализатора является снижение количества вредных веществ в выхлопных газах. Среди них:
Автомобильный катализатор и его роль в выхлопной системе
Катализатор имеет удивительно простое устройство, но воздействие его очень велико. Из этой статьи вы узнаете, какие загрязняющие вещества образуются в результате работы двигателя, и как каталитический преобразователь справляется с каждым из них, сокращая выбросы вредных выхлопных газов.
Каталитический преобразователь
Выбросы загрязняющих веществ
Основные загрязняющие вещества, вырабатываемые двигателем, это:
Это выбросы в основе своей не опасны, хотя, как считается, выброс углекислого газа (СО2) способствует глобальному потеплению. Но так как процесс горения никогда не совершенен, небольшое количество гораздо более вредных выхлопных газов выделяется при работе двигателя автомобиля. Именно на снижение их уровня ориентированы каталитические преобразователи:
В следующем разделе мы рассмотрим, какие именно процессы происходят внутри каталитического преобразователя.
Как катализаторы сокращают вредные выбросы в выхлопных газах
В каталитических преобразователях существуют два различных типа катализаторов: восстанавливающий катализатор и окислительный катализатор. Оба типа состоят из керамической структуры, покрытой металлическим катализатором (обычно это платина, родий и/или палладий). Идея заключается в том, чтобы создать структуру, которая подставляет под поток выхлопных газов максимальную площадь катализатора и свести к минимуму задействованное при этом количество самого катализатора, так как используемые материалы весьма дороги. В некоторых преобразователях даже стали использовать золото с примесью более традиционных катализаторов. Золото дешевле по сравнению с остальными катализаторами, и может повысить степень окисления на 40 процентов, что необходимо для снижения количества вредных газов.
Большинство современных выхлопных систем в автомобилях оснащены тремя каталитическими преобразователями, по одному для каждого из веществ, выброс которых необходимо уменьшить.
Следующий раздел посвещен третьей стадии процесса преобразования, и тому, как добиться от своего каталитического преобразователя лучшего результата.
Контроль загрязнения и повышение эффективности выхлопной системы
Третьим этапом преобразования является система управления, которая контролирует поток выхлопных газов и использует эту информацию для управления системой впрыска топлива. Один датчик кислорода установлен выше автомобильного катализатора, то есть ближе к двигателю, чем сам преобразователь. Этот датчик говорит компьютеру двигателя, сколько кислорода содержится в выхлопе. Компьютер двигателя уменьшает или увеличивает количество кислорода в выхлопных газах за счет регулировки количества воздуха, поступающего к топливу. Эта схема позволяет контролировать двигатель компьютера, чтобы убедиться, что двигатель работает на соотношении, близком к стехиометрической точке, а также чтобы убедиться, что в выхлопных газах достаточно кислорода для работы окислительного катализатора для окисления несгоревших углеводородов и СО.
Каталитический преобразователь проделывает большую работу по уменьшению загрязнения окружающей среды, но его производительность может быть существенно улучшена. Одним из недостатков является то, что каталитический преобразователь работает только при достаточно большой температуре. Когда вы только заводите машину, каталитический преобразователь почти не работает.
Простое решение этой проблемы состоит в том, чтобы передвинуть каталитический преобразователь ближе к двигателю. Тогда выхлопные газы, поступающие в каталитический преобразователь, будут более горячими,и он нагреется быстрее, но это одновременно сокращает срок службы конвертера из-за воздействия чрезмерно высоких температур. Большинство автопроизводителей размещает каталитический преобразователь под передним пассажирским сиденьем, достаточно далеко от двигателя, именно для того, чтобы высокие температуры не вредили ему.
А теперь можно рассмотреть все эти три состояния и как ведет себя машина (двигатель) при каждом из них. В рабочем состоянии и описывать-то нечего. Машина работает нормально, лампочка перегрева катализатора на панели приборов не загорается при работе двигателя, претензий ни к чему нет.
Временами (или всегда) пропадает тяга и «приемистость» машины на больших оборотах; вчера вот «тянула» нормально, а сегодня ее вроде бы что-то «за зад держит».
По утрам, да и в состоянии «на горячую» машина стала заводиться все хуже и хуже, двигатель приходится долго «гонять» стартером, что бы завелся.
Иногда «куда-то пропадают обороты»: Вы давите на педаль газа, а стрелка тахометра с трудом добирается до двух или четырех тысяч и там останавливается. Ваш кошелек стремительно пустеет – машина начинает прямо-таки «жрать» бензин.
В «нерабочем» состоянии машина может вести себя таким образом:
Заводится долго, а когда заведется – то глохнет почти сразу же или не заводится вообще, т.е. даже не «схватывает».
Вот это – «третье состояние» проверить просто: надо в момент заведения машины подойти к выхлопной трубе и посмотреть (почувствовать, например, приложенной рукой) – идут оттуда выхлопные газы или нет.
Вопросы экологии и покупки нового катализатора мы не рассматриваем – 99.9% просто удаляют его, а не бегут покупать новый за «сотку баксов». При выполнении данной работы надо учитывать, что в 90% гаек «прикипели намертво». Поэтому, прежде чем набрасываться на них с инструментом – не пожалейте денег на «преобразователь ржавчины».
Хочется предостеречь от распространенной ошибки при удалении катализатора: всегда удаляйте весь и полностью, а не пробивайте только отверстие. Кто даст гарантию, что через какое-то время это отверстие не забьется лопнувшим и отвалившимся куском.
После удаления внимательно осмотрите с «переноской» внутренность той емкости, в которой находился катализатор и Вы увидите «прикипевшую» к поверхности металлическую сеточку, одну или несколько. Ее удаляйте тоже.
Экономия топлива и катализаторы горения
Катализатор топлива предназначен для снижения энергии, которую необходимо затратить на возгорание различных компонентов бензина и дизельного топлива (а их там более пятисот). При добавлении катализатора, увеличивается скорость горения топлив с высокой температурой воспламенения. Следовательно, наиболее активно катализатор действует на высококипящие углеводороды топлива, которые горят в самом конце. Снижая температуру их возгорания, обеспечивается полнота сгорания топлива в двигателе при более низких температурах. Понижение температуры в камере сгорания приводит к уменьшению максимального давления в ней и, следовательно, к снижению жесткости работы двигателя, а также к уменьшению вредности выхлопных газов.
Катализатор топлива также частично выполняет роль каталитических нейтрализаторов. Так в бензин вводят соединения палладия, рения, платины, родия, которые после камеры сгорания, отлагаются в виде металлов на стенках выхлопной системы и действуют как обычные катализаторы дожига. В более тяжелых топливах хороший эффект достигается введением соединений железа, например ферроцена в количестве 0,001-0,003%.
Присадки, в состав которых входят органические соединения металлов, применяют уже давно (с 1950 г). Наиболее широко известны присадки ферроцена (дициклопентадиенилжелеза) и его производных, соединений марганца, меди, никеля, лития и других органических соединений металлов, а в некоторых случаях даже их оксиды. Бензины с такими присадками, в сравнении с топливом без них, дают некоторое изменение денежной эмиссии углеводородов, оксидов азота, оксида углерода. Особенно хорошо это заметно на автомобилях с большим пробегом (более 60 тыс. км). Также катализатор горения повышает эффективность работы каталитических преобразователей отработавших газов, за счет догорания топлива в камере сгорания.
Введение ферроцена в концентрации 15 ppm (0,0001%) не оказывает отрицательного воздействия на работу двигателя, но положительно влияет на работу катализаторов дожига и увеличивает октановое число бензинов. Более того, ферроцен оказывает еще и каталитическое воздействие на процесс горения топлива, частично уменьшая нагар в камере сгорания и улучшая некоторые экологические характеристики двигателя, при одновременном небольшом снижении затраты топлива.
Для предотвращения возможного образования отложений, при использовании металлсодержащих органических соединений в составе катализаторов горения, широко используются присадки-выносители, способствующие удалению металла из камеры сгорания и со свечей зажигания.
Применение некоторых композиций металлорганических соединений позволяет существенно улучшить работу каждой присадки в отдельности, проявляя, в некоторых случаях, синергетический эффект.