Как работает катализатор: Катализатор. Устройство каталитического нейтрализатора

Содержание

Как работает катализатор

Миллионы машин в мире – источники загрязнения окружающей среды. Особенно плохо обстоят дела в больших городах, где вредные выхлопы представляют реальную угрозу для жителей.

Расположение катализатора в современных машинах.

 

Миллионы машин в мире – источники загрязнения окружающей среды. Особенно плохо обстоят дела в больших городах, где вредные выхлопы представляют реальную угрозу для жителей.

Чтобы решать эту проблему, правительства стран принимают законы, устанавливающие пределы выброса вредных веществ, в которые должны вписываться эксплуатируемые машины. Для соответствия этим законам производители автомобилей постоянно работают над двигателями и топливными системами. Для дальнейшего уменьшения вредных выбросов были изобретены катализаторы, которые входят в контакт с отработавшими газами и сильно уменьшают вредные выхлопы.

В этой статье Вы познакомитесь, какие вредные вещества производит двигатель, и как катализатор борется с каждым из них. Катализаторы – удивительно простые устройства, поэтому Вам будет интересно узнать, насколько эффективно они работают!

Вредные выхлопы автомобиля

Для уменьшения вредных выхлопов современные машины тщательно контролируют количество сгораемого топлива. Для этого соотношение топлива и воздуха поддерживается на близком к стехиометрическому уровне, то есть на идеальном расчетном уровне. Теоретически это соотношение означает, что происходит сгорание всего топлива и кислорода воздуха. Для бензина стехиометрическое соотношение — 14.7:1. Топливная смесь лишь немного отклоняется от этого идеального соотношения во время езды. Иногда смесь бывает бедной (соотношение воздух-топливо больше 14.7) или богатой (соотношение воздух-топливо меньше 14.7).

Главные составляющие выхлопа автомобиля:
Азот (N2) – воздух на 78% состоит из азота, и большая часть его проходит через двигатель.
Оксид углерода (CO2) – это один из продуктов работы двигателя. Углерод в топливе связывается с кислородом в воздухе.

Пары воды (h3O) – еще один продукт сгорания. Водород в топливе связывается с кислородом в воздухе.
Эти части выхлопа практически безобидные (хотя оксид углерода вносит вклад в глобальное потепление). Но процесс сгорания не бывает идеальным и приводит к малым выбросам более вредных и опасных газов:

Окись углерода (CO) или угарный газ – ядовитый газ без цвета и запаха.

Гидрокарбонаты и летучие органические вещества (VOC) – получаются из-за не прогоревшего полностью топлива

Солнечный свет разрушает эти соединения, и получаются окиси — продукты фотохимического разложения выхлопных газов, которые входят в реакцию с оксидом азота и образуют слой озона (O3), главного компонента смога.

Окись азота (NO и NO2, называемые вместе NOx) – вносят вклад в смог и кислотные дожди, а также вызывают раздражения слизистой человека.

Три выше упомянутые вредные составляющие выхлопа должны уменьшаться в количестве при прохождении через катализатор.

Большинство современных машин оснащено трехкомпонентными катализаторами.
«Три компонента» относятся к трем вредным выхлопам, которые надо нейтрализовать – угарный газ СО, углеводороды VOC и окись NOx. Именно благодаря трем компонентам происходят необходимые химические реакции – окисление монооксида углерода (СО) и несгоревших углеводородов (СН), а также сокращение количества окиси азота (NOx). В трехкомпонентном катализаторе платина и палладий вызывают окисление СО и СН, а родий уменьшает выбросы NOx. Катализатор представляет сотовую структуру из керамики. Это позволяет максимально увеличить эффективную площадь контакта каталитического покрытия с выхлопными газами — до величин около 20 тыс. м2. Причем вес благородных металлов, нанесенных на подложку на этой огромной площади, составляет всего 2-3 грамма! Керамика сделана достаточно огнеупорной – выдерживает температуру до 800-850 градусов. Но все равно при неисправности системы питания и длительной работе на богатой рабочей смеси монолит может не выдержать и оплавиться — и тогда катализатор выйдет из строя. Именно поэтому так проблематично выглядит использование катализаторов с керамическим носителем на карбюраторных двигателях.

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор

 

А- катализатор уменьшения вредных выхлопов, В- катализатор окисления (сгорания) вредных веществ, С- керамическая сотовая структура

Обратите внимание на две раздельные части катализаторов

Большинство катализаторов используют сотовую структуру.

Керамическая сотовая структура катализатора

Первая часть катализатора использует платину и родий для уменьшения выхлопа NOx. При контакте с молекулами NO или NO2 катализатор отрываем азот N из соединения, тем самым, освобождая азот O2. Атомы азота образуют соединение азота N2. Формула процесса:

2NO => N2 + O2 или 2NO2 => N2 + 2O2

Окисляющий катализатор – второй этап очистки.

Он уменьшает выбросы несгоревших углеводородов и моноксида углерода путем сжигания их (окислением) в платиновом и палладиевом катализаторе. Этот катализатор ускоряет реакцию CO и углеводородов с несгоревшим кислородом в выхлопном газе. Формула:

2CO + O2 => 2CO2

Но откуда берется этот кислород?

Контрольная система – это третий этап. Она контролирует состав выходящих газов и использует эту информацию для контроля впрыска. Перед катализатором установлен кислородный датчик или лямбда-зонд. Этот датчик сообщает блоку управления двигателем, сколько кислорода в выхлопном газе. Сам блок управления может увеличивать или уменьшать количество кислорода в топливной смеси. Эта контрольная схема позволяет компьютеру устанавливать близкое к стехиометрическому соотношение топлива к воздуха, а так же обеспечивать достаточное количество кислорода в выхлопе, чтобы окислялись гидрокарбонаты и CO.

Другие способы уменьшения вредных выхлопов.

Катализатор существенно уменьшает вредные выхлопы автомобиля, но его можно еще дальше совершенствовать. Большой недостаток катализатора – высокий температурный режим работы. Когда Вы запускаете холодный автомобиль, сначала катализатор вообще не работает, и все вредные выбросы выходят в окружающую среду.

Простое решение этой проблемы – разместить катализатор ближе к двигателю. Это позволит ему прогреваться быстрее, но также уменьшает срок эксплуатации из-за работы при повышенных температурах. Большинство производителей размещают катализатор под передним пассажирским сиденьем, чтобы увеличить срок службы устройства.

Предварительный прогрев катализатора – хороший способ вывести его раньше на рабочий температурный режим. Самый простой способ –электрический нагревательный элемент. К сожалению, 12 Вольт автомобильной сети недостаточно для быстрого прогрева катализатора. Кроме того, большинство водителей не будут ждать несколько минут на прогрев катализатора до запуска машины. Сегодня только гибридные машины располагают достаточным напряжением для быстрого прогрева катализатора.

Как работает катализатор

Катализатор — как правильно диагностировать его работу?


Каталитические реакторы или каталитические нейтрализаторы, так как это правильные названия катализаторов, используемых в настоящее время во всех вновь выпускаемых транспортных средствах, являются важным элементом системы выпуска отработавших газов.

Задача катализатора состоит в том, чтобы уменьшить количество вредных веществ, попадающих в атмосферу из выхлопных газов, прежде всего, окиси углерода (CO), углеводородов (HC) и оксидов азота (NOx).


С КАКИХ ЭТО ПОР?


Правила, касающиеся контроля выхлопных газов, имеют почти 60-летнюю историю. Они были впервые введены в действующий закон США в 1960 году.

Также в Соединенных Штатах, в качестве одной из первых стран (к которой позже присоединились Япония и Европа), было введено не только обязательство использовать каталитические нейтрализаторы в выхлопных системах, но и была создана единая бортовая диагностическая система.

Последнее состояло в основном из контроля эффективности катализаторов, конечно, в очень ограниченном объеме для контроля выбросов вредных выхлопных соединений для тех времен.

ГДЕ ОН СОБРАН И КАК ОН РАБОТАЕТ?


Внешне каталитический нейтрализатор представляет собой жестяную коробку, напоминающую глушитель в выхлопной системе. Из-за материала, используемого для строительства, мы различаем два типа катализаторов: керамический с керамическим блоком и металлический с металлическим блоком.

Внутренние части блоков содержат большое количество каналов с сотовой структурой. Они покрыты слоем благородного металла: чаще всего это платина, но также собраны родиевые и палладиевые катализаторы. Драгоценные металлы вступают в химическую реакцию с токсичными компонентами, содержащимися в выхлопных газах, что приводит к их снижению.

HC, CO И NOX — ТОЛЬКО В БЕНЗИНЕ

Одним из наиболее часто используемых компонентов в автомобилях с бензиновым двигателем является трехкомпонентный катализатор TWC (от Трехстороннего катализатора). Название происходит от его работы, то есть одновременного восстановления оксидов азота (NOx) и окисления углеводородов (HC) и оксида углерода (CO). В свою очередь, в установках самовоспламенения используются реакторы, окисляющие только соединения НС и СО. Одновременное снижение NOx невозможно из-за того, что эти двигатели работают на плохих смесях.

КОГДА И КАК КОНТРОЛИРОВАТЬ?


Не все знают, что в транспортных средствах, изготовленных в первые годы 21-го века, эффективность каталитических реакторов не контролировалась бортовой диагностической системой. Как следствие, владелец может переместить автомобиль с неисправным устройством, не зная об этом факте.

Ситуация изменилась в январе 2005 года, когда вступили в силу правила Euro IV. Они ввели обязательство контролировать эффективность работы каталитического нейтрализатора с помощью бортовой системы автодиагностики. Когда эффективность каталитического нейтрализатора значительно снижается, водитель информируется о ситуации, загорая контрольную лампу MIL (индикатор неисправности) на комбинации приборов.

АВТОДИАГНОСТИКА — КАК ЭТО РАБОТАЕТ?


Два датчика, измеряющие содержание кислорода в выхлопных газах, используются для системы самодиагностики. Один из зондов расположен перед каталитическим реактором (управление некоторыми системами для уменьшения выбросов выхлопных газов и работы двигателя), другой — за каталитическим преобразователем (управление некоторыми системами для снижения выбросов, а также самого катализатора).

Когда каталитический нейтрализатор нагревается до рабочей температуры, датчик, расположенный за каталитическим реактором, должен поддерживать состояние напряжения около 0,8 В. Благодаря эффективному каталитическому нейтрализатору в выхлопных газах остается небольшое количество свободных молекул кислорода. Это нормальное явление, потому что кислород расходуется в каталитическом процессе для окисления вредных газов в безвредные газы.

Однако, если катализатор поврежден или, по крайней мере, значительно снижается его эффективность, зонд за катализатором будет показывать количество молекул кислорода, аналогичное количеству зонда перед катализатором. Как следствие, напряжение зонда за каталитическим нейтрализатором будет колебаться между 0,8 и 0,45 В, в зависимости от пропорций топливовоздушной смеси, контролируемой электронным блоком управления. Отклонения в работе от значений, хранящихся в памяти блока управления, приводят к тому, что соответствующий код ошибки сохраняется в памяти и вышеупомянутый индикатор MIL на комбинации приборов. в зависимости от

пропорции топливовоздушной смеси регулируется электронным блоком управления. Отклонения в работе от значений, хранящихся в памяти блока управления, приводят к тому, что соответствующий код ошибки сохраняется в памяти и вышеупомянутый индикатор MIL на комбинации приборов. в зависимости от пропорции топливовоздушной смеси регулируется электронным блоком управления. Отклонения в работе от значений, хранящихся в памяти блока управления, приводят к тому, что соответствующий код ошибки сохраняется в памяти и вышеупомянутый индикатор MIL на комбинации приборов.

Как работает автомобильный каталитический нейтрализатор?

Во время работы двигателя внутреннего сгорания в атмосферу выбрасываются отработанные газы, которые не только являются одной из основных причин загрязнения воздуха, но и одной из причин многих заболеваний.

Эти газы, которые выходят из выхлопных систем транспортных средств, состоят из чрезвычайно вредных элементов, поэтому современные автомобили оснащаются особенной системой выхлопа, в которой обязательно присутствует катализатор.

Каталитический нейтрализатор разрушает вредные молекулы выхлопных газов и делает их максимально безопасными для людей и окружающей среды.

Что такое катализатор?

Каталитический нейтрализатор представляет собой тип устройства, основной задачей которого является снижение вредных выбросов от выхлопных газов автомобильных двигателей. Устройство катализатора простое. Это металлическая емкость, которая установлена в выхлопной системе автомобиля.

В емкости есть две трубы. «Вход» преобразователя соединен с двигателем, и через него поступают выхлопные газы, а «выход» соединяется с резонатором выхлопной системы автомобиля.

Когда выхлопные газы двигателя попадают в катализатор, в нем происходят химические реакции. Они разрушают вредные газы и превращают их в безопасные, которые можно выбрасывать в окружающую среду.

Из каких элементов состоит каталитический нейтрализатор?

Чтобы было немного понятнее, как работает автомобильный каталитический нейтрализатор, рассмотрим, каковы его основные элементы. Не вдаваясь в подробности, перечислим только основные элементы, из которых он построен.

Подложка

Подложка представляет собой внутреннюю структуру катализатора, на которую наносятся покрытие катализатора и драгоценные металлы. Существует несколько типов подложек. Их основное отличие — материал, из которого изготавливается. Чаще всего это инертное вещество, которое стабилизирует на его поверхности активные частицы.

Покрытие

Активный материал катализатора обычно состоит из диоксида алюминия и таких соединений, как церий, цирконий, никель, барий, лантан и другие. Цель покрытия — расширить физическую поверхность подложки и служить в качестве основы, на которую наносятся драгоценные металлы.

Драгоценные металлы

Драгоценные металлы, присутствующие в каталитическом нейтрализаторе, служат для проведения чрезвычайно важной каталитической реакции. Обычно используемые драгоценные металлы — это платина, палладий и родий, но в последние годы большое количество производителей начали использовать золото.

Корпус

Корпус представляет собой внешнюю оболочку устройства и содержит подложку и другие элементы катализатора. Материал, из которого обычно делают корпус — нержавеющая сталь.

Трубы

Трубы соединяют каталитический нейтрализатор автомобиля с выхлопной системой автомобиля и двигателем. Они сделаны из нержавеющей стали.

Как работает автомобильный каталитический нейтрализатор?

Для работы двигателя внутреннего сгорания важно, чтобы в его цилиндрах происходил стабильный процесс сгорания воздушно-топливной смеси. Во время этого процесса образуются вредные газы, такие как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды и другие.

Если в автомобиле нет каталитического нейтрализатора, все эти чрезвычайно вредные газы после выброса в выпускной коллектор из двигателя будут проходить через выхлопную систему и будут попадать непосредственно в воздух, которым мы дышим.

Если транспортное средство имеет каталитический нейтрализатор, выхлопные газы будут проходить от двигателя к глушителю через соты подложки и вступать в реакцию с драгоценными металлами. В результате химической реакции вредные вещества нейтрализуются, и из выхлопной системы в окружающую среду попадает лишь безвредный выхлоп, состоящий в большей степени из углекислого газа.

Из уроков химии мы знаем, что катализатор — это вещество, которое вызывает или ускоряет химическую реакцию, не влияя на нее. Катализаторы участвуют в реакциях, но не являются ни реагентами, ни продуктами каталитической реакции.

Есть две стадии, через которые проходят вредные газы в катализаторе: восстановление и окисление. Как это работает?

Когда рабочая температура катализатора достигает от 500 до 1200 градусов по Фаренгейту или 250-300 градусов по Цельсию, происходят две вещи: восстановление, и сразу после этого реакция окисления. Это звучит немного сложно, но на самом деле это означает, что молекулы вещества одновременно теряют и получают электроны, из-за чего меняется их структура.

Восстановление (поглощение кислорода), которое происходит в катализаторе, направлено на превращение оксида азота в экологически чистый газ.

Как работает автомобильный катализатор на стадии восстановления?

Когда закись азота из выхлопных газов автомобиля попадает в катализатор, платина и родий в нем начинают воздействовать на разложение молекул оксида азота, превращая вредный газ в совершенно безвредный.

Что происходит на стадии окисления?

Вторая стадия, которая происходит в катализаторе, называется реакцией окисления, в которой не сгоревшие углеводороды превращаются в диоксид углерода и воду путем смешивания с кислородом (окисление).

Реакции, которые происходят в катализаторе, изменяют химический состав выхлопных газов, изменяя структуру атомом, из которых они состоят. Когда молекулы вредных газов переходят из двигателя в катализатор, он разделяет их на атомы. Атомы, в свою очередь, рекомбинируют в молекулы в относительно безвредные вещества, такие как диоксид углерода, азот и вода, и выбрасываются в окружающую среду через выхлопную систему.

Основными типами каталитических нейтрализаторов, используемых в бензиновых двигателях, являются два: двухсторонний и трехходовой.

Двусторонний

Двустенный (двухсторонний) катализатор одновременно выполняет две задачи: окисляет окись углерода до двуокиси углерода и окисляет углеводороды (не сгоревшее или частично сгоревшее топливо) до двуокиси углерода и воды.

Этот тип автомобильного катализатора использовался в дизельных и бензиновых двигателях для снижения вредных выбросов углеводородов и окиси углерода до 1981 года, но поскольку он не мог преобразовывать оксиды азота, после 81 года его заменили трехкомпонентными катализаторами.

Трехходовой окислительно-восстановительный каталитический нейтрализатор

Этот тип автомобильного катализатора, как выяснилось, был представлен в 1981 году, и сегодня его устанавливают на все современные автомобили. Трехходовой катализатор выполняет три задачи одновременно:

  • восстанавливает оксид азота до азота и кислорода;
  • окисляет окись углерода до двуокиси углерода;
  • окисляет не сгоревшие углеводороды до углекислого газа и воды.

Поскольку этот тип каталитического нейтрализатора выполняет обе стадии катализа — восстановление и окисление, он выполняет свою задачу с эффективностью до 98%. Это означает, что если ваш автомобиль оснащен таким каталитическим нейтрализатором, он не будет загрязнять окружающую среду вредными выбросами.

Типы катализаторов в дизельных двигателях

Для дизельных автомобилей до недавнего времени одним из наиболее часто используемых каталитических нейтрализаторов был дизельный катализатор окисления (DOC). Этот катализатор использует кислород в потоке выхлопных газов для преобразования оксида углерода в диоксид углерода и углеводородов в воду и диоксид углерода. К сожалению, этот тип катализатора эффективен только на 90%, и ему удается устранить запах дизеля и уменьшить видимые частицы, но он не эффективен для снижения выбросов NO x.

Дизельные двигатели выделяют газы, которые содержат относительно высокий уровень твердых частиц (сажи), который состоит в основном из элементарного углерода, с которым катализаторы DOC не могут справиться, поэтому частицы должны быть удалены с помощью так называемых сажевых фильтров (DPF).

Как обслуживаются катализаторы?

Чтобы не было проблем с катализатором, важно знать, что:

  • Средний срок службы катализатора составляет около 160000 км. Проехав это расстояние, вам нужно подумать о замене преобразователя.
  • Если автомобиль оснащен каталитическим нейтрализатором, вы не должны использовать этилированное топливо, так как оно снижает эффективность катализатора. Единственное подходящее топливо в этом случае — неэтилированное.

Несомненно, преимущества этих устройств для окружающей среды и нашего здоровья огромны, но в дополнение к их преимуществам у них есть и свои недостатки.

Одним из их самых больших недостатков является то, что они работают только при высоких температурах. Другими словами, когда вы заводите автомобиль, каталитический нейтрализатор почти ничего не делает для уменьшения выхлопных газов.

Он начинает работать эффективно только после того, как выхлопные газы нагреваются до 250-300 градусов по Цельсию. Вот почему некоторые производители автомобилей предприняли шаги для решения этой проблемы путем перемещения катализатора ближе к двигателю, что, с одной стороны, улучшает производительность устройства, но сокращает его срок службы, поскольку его близость к двигателю подвергает его воздействию очень высоких температур.

В последние годы было решено разместить каталитический нейтрализатор под сиденьем пассажира на расстоянии, которое позволит ему работать более эффективно, не подвергаясь воздействию высоких температур двигателя.

Другими недостатками катализаторов являются частое засорение и обжиг пирога. Выгорание обычно происходит из-за не сгоревшего топлива, попадающего в выхлопную систему, которое воспламеняется в подаче катализатора. Засорение чаще всего происходит из-за плохого или неподходящего бензина, естественного износа, стиля вождения и т.д.

Это очень небольшие недостатки на фоне огромных преимуществ, которые мы получаем от использования автомобильных катализаторов. Благодаря этим устройствам ограничиваются вредные выбросы, производимые автомобилями.

Некоторые критики утверждают, что углекислый газ — тоже вредный выброс. Они считают, что катализатор в автомобиле не нужен, так как из-за таких выбросов усиливается парниковый эффект. На самом деле, если автомобиль не имеет каталитического нейтрализатора и выделяет угарный газ в воздух, этот оксид сам превратится в углекислый газ в атмосфере.

Кто изобрел катализатор?

Хотя катализаторы массово не появлялись до конца 1970-х годов, их история началась намного раньше.

Отцом катализатора считается французский инженер — химик Евгений Гудри, который в 1954 году запатентовал свое изобретение под названием «Каталитический нейтрализатор выхлопных газов».

До этого изобретения Гудри изобрел каталитический крекинг, в котором крупные сложные органические химические вещества разделяются на безвредные продукты. Затем он экспериментировал с различными видами топлива, его целью было сделать его более чистым.

Фактическое применение катализаторов в автомобили имело место в середине 1970-х годов, когда были введены более строгие правила контроля выбросов, требующие удаления свинца из выхлопа из-за некачественного бензина.

4.9 / 5 ( 41 голос )

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ

Автомобильный катализатор — что внутри и как работает ??? ⋆ КатОФф

Автомобильный катализатор — устройство, о котором большинство автолюбителей припоминают или узнают лишь в сервисном центре после выяснения, что указанный агрегат вышел из строя. 

Режим отвода газов выхлопа реагирует на большую концентрацию канцерогенного содержимого и успешно выводит его из автомобиля. Данная система имеет несколько частей, один из которых и есть автомобильный преобразователь. Эффективность работы устройства влияет на концентрацию выходящих в атмосферу выбросов.

Катализатор — важный фильтрующий компонент

Каталитический нейтрализатор (КН) отвечает за ликвидацию ядовитых соединений, находящихся в системе выхлопа автомобиля. Это, прежде всего, несгоревшие углеводороды, окись углерода CO, сажа, окись азота NO.

Главными функциями окислителя являются:

  • уменьшение дозы окиси углерода в выхлопе;
  • снижение количества углеводородов;
  • полная ликвидация оксидов азота из газов выхлопа.

Если пропорции топлива и кислорода будут стехиометрическими, то процедура уменьшения вредности отработанных газов станет предельно эффективной. Если очистка будет неполной и окись углерода не будет максимально выведена из выхлопа, то в атмосферу попадут угарные газы, опасные для человека. Продолжительное вдыхание таких веществ грозит летальным исходом.

Следующая угроза для здоровья, с которой неустанно сражается каталитический конвертер — углеводороды. Они являются ключевым компонентом смога. Слизистые оболочки человека восприимчивы к повышенным дозам оксидов азота, которые также в большом количестве содержатся в смоге. 

Благодаря имеющимся факторам о работе устройства, сложно перехвалить его значение. Ведь именно он является ключевым моментом автотранспортных средств, отвечающий за «чистоту» выбрасываемых в атмосферу газов. Продать катализатор на выгодных условиях с максимальной прибылью можно в компанию «Катализаторофф». Профессиональные услуги скупки всех видов отработанных окислителей и вежливое обслуживание — кредо нашей компании.

Устройство окислителя

Современные автомобили обладают тремя преобразователями одновременно. Эта система наиболее эффективна в борьбе с канцерогенными веществами. 

Первый агрегат — восстанавливающий нейтрализатор, необходимый для ликвидации ядовитых соединений. В нем присутствуют такие драгметаллы как: платина и родий.

Второй вид автомобильного устройства — выхлопной конвертер окислительного действия. В нем уже сочетаются платина и палладий. 

Ну и наконец, третий катализатор представляет собой сбалансированный способ регулирования газов выхлопа. Здесь происходит контролирование потока выхлопных газов. Данные, собранные в этом устройстве, позволяют влиять на систему впрыска топлива.

Если вам нужно продать исчерпавший свой ресурс катализатор по высокой цене, то в этом поможет компания «Катализаторофф» — профессионал на рынке таких услуг. Здесь лучшие условия сотрудничества как для физических лиц, так и для крупных компаний и сетей техобслуживания.

Кислородный прибор — он же лямбда-зонд подает информацию о количестве кислорода, имеющегося в выхлопном газе. Благодаря этому автомобильный компьютер может контролировать объем подаваемого воздуха к топливу.

Катализаторы можно продать не только испорченные, но и б/у по максимальным ценам. В этом вам поможем наша компания.

Внутренности каталитического конвертера

Внутри нейтрализатора могут быть керамические бусины или соты — два основных вида конструкции. Тем не менее, наиболее эффективен принцип соты. Устройство преобразователя имеет следующий вид:

  • подкладка — пористый материал с большой твердостью;
  • внешняя рубашка – выполняет роль увеличения площади для плановых металлов;
  • каталитическая основа может быть в виде следующих редких металлов — платина, палладий или родий.

Продать катализатор б/у — правильное решение, так как утилизация неисправного агрегата — забота о чистоте планеты. Каталитические конвертеры могут быть изготовлены из двух материалов: металл и керамика. Доступная цена на керамические устройства не исключает такого недостатка как повышенная ломкость. Для выхода из строя такого окислителя порой достаточно скачка автомобиля на ухабах или же попадание жидкости на разогретую керамику.

Если вам нужно продать старый катализатор б/у по отличным ценам — обращайтесь в «Катализаторофф». Здесь вы получите достойное вознаграждение-инвестицию для покупки нового окислителя.

Катализатор и его неисправности

При изучении строения машины у многих возникает вопрос, что такое катализатор и, собственно, какая его роль в автомобиле. Чаще всего с данной деталью сталкиваются водители во время ремонта авто на СТО.

Зачем нужен катализатор в выхлопной системе?

Каталитический нейтрализатор – деталь автомобиля, которая входит в состав выхлопной системы. Служит он как очиститель газа. То есть после отработки топлива в двигателе газы перемещаются по выхлопной системе и фильтруются в катализаторе, не давая вредным веществам выхода в атмосферу, превращая их в безвредные. Поставить данный «фильтр» вы можете на бензиновый и на дизельный двигатель.
Что внутри катализатора? Его строение
Внутренности катализатора — это три каталитических преобразователя: он трехкомпонентный, на каждое вредное вещество, которое нужно снизить. Корпус детали — металлический и сделан из нержавеющей стали, где находится конструкция, напоминающая соты. Внутренность катализатора изготовлена из металла и керамики, покрыта веществами-фильтрами (палладий, родий и платина). Так как керамика для катализатора — довольно дешевый материал, ее чаще всего используют при изготовлении. Но она хрупкая и легко может осыпаться.

Как определить неисправный катализатор

Прежде всего, чтобы понять, что ваш катализатор вышел из строя, нужно посмотреть на пробег автомобиля, так как чаще всего деталь не доживает до 120 000 км. Причины неисправного катализатора:
  1. 1. Автомобиль очень часто ездит по большим ямам и серьезным ухабам. Потому что после таких поездок керамическая конструкция, состоящая из сот, банально рассыпается.
  2. 2. Если в двигателе большие проблемы с системой смазки или с зажиганием. В результате получается, что масло и недогоревшее топливо попадает во внутренности катализатора и забивает соты.
  3. 3. В случае резкого нажатия педали газа до упора. Происходит тот же эффект.

Основными признаками неисправного катализатора являются сигнал-лампочка «Check Engine», а также переход двигателя в аварийный режим. Однако это не показатель. Возможно, у вас только поврежден корпус или просто отошли провода. Поэтому ваш катализатор может быть уже сломан до этого момента.
Главный показатель — как работает двигатель при неисправном катализаторе. В этом случае происходит снижение мощности двигателя, затруднение пуска и медленный набор скорости. Это свидетельствует о том, что в катализаторе слишком много сажи, которая и забивает соты, мешая им исправно работать.
Также посмотрите на расход бензина и на поток выхлопных газов. Если автомобиль начал потреблять больше топлива, то это свидетельствует о неисправном катализаторе. Что касается выхлопных газов, попробуйте перекрыть рукой исходящий поток. Если у вас с легкостью это получилось, стоит проверить деталь. При этом запах газа в выхлопной трубе не должен напоминать тухлые яйца.

Можно ли ездить с неисправным катализатором?

Да, многие умельцы придумывают различные конструкции, заменяющие данную дорогостоящую деталь. Например, ставят так называемые «обманки». А стоит ли? Во-первых, у вас увеличится объем потребления топлива, что существенно отразится на вашем кошельке. А во-вторых, таким образом вы можете убить двигатель. Однако это все настолько относительно, что четкого ответа нет. Чаще всего водители просто убирают катализатор и ездят без него. А чтобы в машине не высвечивался индикатор его неисправности, то есть полного отсутствия, они переставляют некоторые провода в системе.

Что делать с неисправным катализатором?

Сдать в переработку. Например, компания «Катутиль» с радостью принимает неисправные катализаторы как у физических, так и у юридических лиц с полным оформлением всех документов. Количество деталей неограничено: вы можете сдать как один катализатор, так и несколько тонн сырья.
Связаться с менеджерами компании можно по тел. +7 (499) 112-43-73, +7 (925) 312-30-10 или заказав бесплатный обратный звонок через форму на сайте.

что это такое, признаки поломки, состав и принцип работы

Европейские нормы экологии заставляют принимать меры к тому, чтобы выхлопные газы автомобилей не наносили сильного ущерба окружающей среде.

И эта борьба за природу привела к тому, что автомобили стали оборудоваться специальными устройствами, которые назвали катализаторами.

Состав и принцип работы катализатора выхлопных газов

Из школьных уроков мы помним, что катализ – это что-то из области химической реакции, и поэтому термин «катализатор» подразумевает под собой какой-то прибор, необходимый для такого действия.

Мы не химики и оценить точность определения вряд ли сможем, но то, что автомобильный катализатор предназначен для очистки выхлопной смеси — факт, о котором сообщает сам производитель. А ему не принято не верить.

Несмотря на то, что европейские нормы выхлопов введены в России не так давно, первые катализаторы в автомобилях отпраздновали уже 40-летний юбилей. Упрощение до нынешнего названия произошло гораздо позже, а первое время именовалась эта штука конвертером, или каталитическим преобразователем. Сами понимаете, что не каждый работник автосервиса сможет сходу и без запинки выговорить такое.

Катализатор встраивается в выхлопную систему автомобиля, причём конкретное место установки выбирает сам производитель. Так, он может находиться и в коллекторе, и в основании выхлопной трубы, и в других её участках.

Есть два вида катализаторов: окислительный и восстанавливающий. Независимо от разделения, эти устройства, наверное, одни из самых дорогостоящих. Судите сами: основу их составляет структура из керамики, напоминающая пчелиные соты, покрытые металлами, которые простыми не назовёшь – платина, золото, палладий и иридий. Даже удивительно, куда смотрят жулики, оставляющие выхлопную систему автомашин, припаркованных во дворах, в покое?

Как бы то ни было, но подобное покрытие ячеек катализатора необходимо вовсе не для того, чтобы вытянуть деньги с автолюбителя. Дело в том, что драгоценные металлы эффективней очищают выхлопные газы, одновременно предоставляя большую площадь для очистки с минимальным ущербом для самого катализатора. Если исключить драгоценные металлы из сплава, то само устройство будет настолько недолговечным и подверженным негативному воздействию выхлопных газов, что менять его придётся несколько раз в течение одной небольшой поездки.

Опытным путем было установлено, что один катализатор вряд ли сможет работать эффективно, а потому на современных автомобилях их устанавливают в трех экземплярах. Они не дублируют друг друга, а делают узконаправленную работу, выполняя очистку от тех веществ, для которых предназначены.

Видео — что это такое автомобильный катализатор и как он работает:

Таким образом, выхлопные газы проходят вначале через восстановительный катализатор, внутри которого на молекулярном уровне идет расщепление поступающего вещества на кислород и азот. Этот процесс как раз и выполняют иридий и платина.

Когда работа проделана, в дело вступают окислительные катализаторы, производящие очистку поступивших веществ. Здесь уже совместно с платиной вступает в действие палладий, снижая количество окиси углерода и облегчая реакцию углекислого газа с кислородом.

Маленькие вспомогательные «хитрости»

Как бы ни эффективно очищался выхлоп двигателя, но в ручном режиме регулировать точность выброса в атмосферу было б не просто затруднительно, а в принципе невозможно. Тем более толку от такой системы было б совсем немного: только в рамках информации для общего развития. Дело в том, что вместе с катализаторами выхлопная система оснащена датчиками, входящими в систему управления автомобилем.

Имея связь с компьютером, эти устройства учитывают количество кислорода, поступающего вместе с выхлопом мотора. В том случае, если через катализатор будет проходить воздуха столько, что он не сможет его переработать, забор через воздушный фильтр двигателя уменьшается. Датчики устанавливаются ближе к мотору и замеряют газы непосредственно на выходе.

Недостатки тоже есть

Наличие драгоценных металлов в конструкции катализатора еще не означает того, что оно решает все проблемы. Необходимо еще соблюсти ряд условий для работы.

Опять же, благодаря курсу средней школы, мы все знаем, что любая химическая реакция (а именно на этом принципе основан катализатор) происходит тем быстрее, чем выше температура. Отсюда сами понимаете, что устройство не сможет эффективно функционировать, если температурный режим ниже необходимого. То есть налицо вывод о том, что в момент начала работы автомобильного двигателя катализатор фактически никак не реагирует на количество вредных веществ, выброшенных в атмосферу до тех пор, пока они же не нагреют трубопровод системы.

Видео — как извлечь каталитический нейтрализатор:

Самый простой способ такого нагрева – помещение устройства непосредственно к основанию газоотводной трубы возле стенки двигателя. Но при включении холодного двигателя при такой установке катализатор все равно первое время работать не будет, пока не согреется. Современный и эффективный способ, который заставит его действовать с самого начала – предпусковой подогреватель двигателя, расходующий часть энергии на утепление.

Несмотря на то, что в выхлопной системе дизельных двигателей тоже есть подобные каталитические преобразователи, действуют они не столь впечатляюще. Дело тут также в недостаточной температуре нагрева. Дизели не так зависимы от окружающей среды и имеют возможность работать в зоне таких низких температур, что катализаторы просто не успевают достичь нагрева до степени осуществления химической реакции.

Признаки забитого катализатора

Но эти недостатки – мелочь по сравнению с ситуацией, когда вы садитесь за руль, а машина либо не заводится, либо глохнет, едва только двигатель сделает один-другой поворот коленвала. Понятное дело: мысли в поисках причин такого поведения начинают роиться в голове, и только потом, когда проверено всё и вся, становится понятным, что неполадки как раз с катализатором.

Чтобы проверить правоту своих домыслов, выкрутите датчик, расположенный перед первым катализатором, и попробуйте запустить мотор. Если никаких проблем в работе двигателя нет, то причина как раз в устройстве, о котором мы здесь говорим. Теперь необходимо полным ходом отправляться в автосервис и менять катализатор. Самостоятельно сделать это вряд ли получится, так как необходимо вносить корректировки в бортовой компьютер, чтобы настроить датчик на правильную работу.

Видео — как проверить катализатор на машине:

Если вы знаете свой автомобиль как пять пальцев, то наверняка вас насторожат и такие признаки неисправности каталитического нейтрализатора, как плохой разгон, педаль акселератора, слабо реагирующая на нажатие, рост расхода топлива. Подобное поведение машины говорит о том, что катализатор скоро выработает свой срок.

Проверка катализатора манометром

Как только вы заметили явные изменения в поведении своего авто, примите меры к проверке каталитического нейтрализатора. Признаки, о которых говорилось выше, не всегда могут относиться к тем, что сигнализируют о неисправности именно этого устройства.

Осмотрите катализатор. Если на корпусе имеются сильные вмятины, либо разводы, похожие на круги от воздействия высокой температуры, наверняка причины неполадок кроются внутри. По возможности осмотрите внутренние соты. Если они разрушены, первый «звоночек» уже прозвенел.

Точнее можно проверить с помощью замера манометром. Правда, это не тот прибор, которым проверяют давление в шинах, поэтому лучше также доверить эту операцию специалистам. Сам алгоритм действия следующий: вместо первого кислородного датчика, используя переходник, устанавливается измерительный прибор. После заводится двигатель, обороты поднимаются до 3000 об/мин. Если стрелка на шкале преодолела отметку в 0,3 кгс/см2, то катализатор забит, и наступило время для его замены.

И самое главное – придирчиво относитесь к тому, чтобы топливо и масло всегда были надлежащего качества, иначе весь осадок от них будет накапливаться в катализаторе, что также будет способствовать его скорому выходу из строя.

Как выполняется полировка фар своими руками в домашних условиях узнаете из статьи.

В каких случаях может помочь сумка-холодильник для автомобиля.

Как выбрать автомобильный компрессор https://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/aksessuary-i-gadzhety-dlya-avto/avtomobilnyj-kompressor.html для подкачки шин.

Видео — проблемы катализаторов на автомобилях ВАЗ:


Как работает каталитическая грелка? Принцип работы и инструкция по эксплутации

Каталитическая грелка работает по принципу окисления паров бензина на катализаторе, где происходит химическая реакция с выделением тепла,которое передается на металлический корпус грелки.

Перед началом эксплуатации, внимательно изучите данную инструкцию! 
  1. В качестве топлива используйте только специальный очищенный бензин для зажигалок. Использование других типов топливачаще всего приводит к выходу грелки из строя;
  2. Не заправляйте грелку топливом по край. Между катализатором и верхней границей уровня топлива должно оставаться неменее 1 см.;
  3. Если грелка полностью остывает, испарение бензина прекращается и грелка затухает. Используйте имеющийся в комплектечехол для предотвращения полного остывания грелки или всегда держите ее в минимальном тепле;
  4. В комнатных условиях грелка разогревается до 60-70°С. Будьте готовы к тому, что на холоде температура работающей грелкибудет сильно ниже;
  5. В холодное время для запуска грелки рекомендуется подогреть сам корпус грелки, в дополнение к катализатору, это облегчитзапуск;
  6. В вертикальном положении грелка разогревается сильнее всего, из-за более интенсивного испарения топлива, расходкоторого при этом, соответственно, увеличивается;. 
  7. Рекомендуется запустить грелку заранее, еще в комфортных условиях, без ветра и в тепле. Сделать это на холоде,замерзшими пальцами, на ветру будет крайне сложно;   
  8. Не допускайте детей к пользованию грелкой;
  9. Во избежание отравления, не вдыхайте пары топлива и продукты окисления.

Порядок работы каталитической бензиновой грелки

  1. Снимите крышку грелки; 
  2. Cнимите катализатор;
  3. Вставьте в отверстие ёмкости воронку для заливки топлива;
  4. Следите за тем, чтобы рычажок на воронке находился вположении «lock» ;
  5. Установите грелку вертикально и налейте в воронку нужное кол-во топлива. Переместите рычажок на воронке в положение«открыто» и топливо уйдёт внутрь грелки. Если топливо перелилось через край, вытрите грелку сухой салфеткой или тряпкой.Чтобы заправить грелку полностью, необходимо залить 12, 24 или 36 мл. топлива для разных грелок, что соответствует 1, 2или 3 воронкам;
  6. После заправки, установите катализатор на место;
  7. Поверните грелку в горизонтальное положение и поднесите к катализаторузажженную спичку или зажигалку;
  8. Прогревайте катализатор 10 – 15 секунд до ощущения перехода тепла на металлическийкорпус грелки;
  9. Установите на место крышку грелки и поместите ее в чехол;
  10. При остывании грелки, повторите процедуру заправки и прогрева; 
  11. Чтобы остановить процесс нагревания, снимите крышку грелки и аккуратно, при помощи плотной ткани снимите катализатор.Осторожно! Он очень горячий! При контакте с кожей возможен ожог! После остывания установите его на место. Теперь грелкане будет работать, пока вы не разогреете катализатор снова. 

      

Гарантия

Гарантийный срок эксплуатации изделия – 1 год с момента покупки. При обнаружении заводского брака в течение гарантийногосрока, при наличии чека, вы можете вернуть изделие в магазин или обменять его.При покупке, обязательно проверьте работоспособность, комплектность и внешний вид изделия.Использование иного топлива кроме очищенного бензина для зажигалок делает гарантию недействительной.

Посмотреть/купить каталитические грелки

Определение катализаторов

и принцип их работы

Катализатор — это химическое вещество, которое влияет на скорость химической реакции, изменяя энергию активации, необходимую для протекания реакции. Этот процесс называется катализом. Катализатор не расходуется в реакции и может одновременно участвовать в нескольких реакциях. Единственное различие между каталитической реакцией и некаталитической реакцией состоит в том, что энергия активации различается. Не влияет на энергию реагентов или продуктов.ΔH для реакций одинакова.

Как работают катализаторы

Катализаторы допускают альтернативный механизм превращения реагентов в продукты с более низкой энергией активации и другим переходным состоянием. Катализатор может позволить реакции протекать при более низкой температуре или увеличить скорость или селективность реакции. Катализаторы часто реагируют с реагентами с образованием промежуточных продуктов, которые в конечном итоге дают те же продукты реакции и регенерируют катализатор. Обратите внимание, что катализатор может быть израсходован на одном из промежуточных этапов, но он будет создан снова до завершения реакции.

Положительные и отрицательные катализаторы (ингибиторы)

Обычно, когда кто-то обращается к катализатору, они имеют в виду положительный катализатор , который является катализатором, который ускоряет скорость химической реакции за счет снижения его энергии активации. Существуют также отрицательные катализаторы или ингибиторы, которые замедляют скорость химической реакции или уменьшают ее вероятность.

Промоторы и каталитические яды

Промотор — это вещество, повышающее активность катализатора.Каталитический яд — это вещество, инактивирующее катализатор.

Катализаторы в действии

  • Ферменты — это биологические катализаторы, специфичные для реакции. Они реагируют с субстратом с образованием нестабильного промежуточного соединения. Например, карбоангидраза катализирует реакцию:
    H 2 CO 3 (водн.) ⇆ H 2 O (l) + CO 2 (водн.)
    Фермент позволяет реакции быстрее достичь равновесия. В случае этой реакции фермент позволяет диоксиду углерода диффундировать из крови в легкие, чтобы его можно было выдохнуть.
  • Перманганат калия — катализатор разложения перекиси водорода на газообразный кислород и воду. Добавление перманганата калия увеличивает температуру реакции и ее скорость.
  • Некоторые переходные металлы могут действовать как катализаторы. Хороший пример использования платины в автомобильном катализаторе. Катализатор позволяет превратить токсичный оксид углерода в менее токсичный диоксид углерода. Это пример гетерогенного катализа.
  • Классический пример реакции, которая не протекает с заметной скоростью, пока не добавлен катализатор, — это реакция между газообразным водородом и газообразным кислородом.Если смешать два газа, ничего особенного не произойдет. Однако, если вы добавите тепло от зажженной спички или искры, вы преодолеете энергию активации, чтобы начать реакцию. В этой реакции два газа реагируют с образованием воды (взрывоопасно).
    H 2 + O 2 ↔ H 2 O
  • Реакция горения аналогична. Например, когда вы зажигаете свечу, вы преодолеваете энергию активации, применяя тепло. Как только реакция начинается, тепло, выделяющееся в результате реакции, преодолевает энергию активации, необходимую для ее протекания.

Как работают катализаторы?

Как работают катализаторы?

Чтобы подвести итог, см. «Разработка топлива»

  • В химической реакции связи, удерживающие реагенты вместе, должны быть сначала разорваны, прежде чем реакция может начаться.
  • Для разрыва связей требуется энергия, и энергия, необходимая для начала реакции, называется энергией активации
  • Катализаторы работают, обеспечивая альтернативный путь реакции для разрыва и восстановления связей.Энергия активации этого нового пути часто меньше, чем энергия активации нормального пути.
  • Итак, как работают катализаторы? Что ж, это действительно очень просто! Когда присутствует гомогенный катализатор, один из реагентов (субстрат) реагирует с катализатором, образуя промежуточный продукт. Промежуточный продукт затем вступает в реакцию с другим реагентом с образованием конечного продукта.
  • Энергия активации обеих этих стадий ниже, чем энергия активации без присутствия катализатора, поэтому большее количество молекул будет иметь энергию для реакции с использованием катализатора; следовательно скорость реакции увеличивается.
  • Возьмем, к примеру, реакцию между озоном и свободными радикалами кислорода с образованием ди-кислорода.
    O 3 (г) + O (г) 2O 2 (г)
  • Эта реакция имеет высокую энергию активации, поэтому процесс протекает с медленной скоростью.
  • Однако присутствие CFC в атмосфере катализирует эту реакцию с образованием промежуточных продуктов.
    Класс . г + O 3 (г) O 2 (г) + ClO . (г)

  • Эта реакция имеет более низкую энергию активации, чем реакция между свободными радикалами озона и кислорода. Промежуточный продукт (ClO) затем вступает в реакцию со свободным кислородным радикалом.
    ClO (г) + O (г) Cl . (г) + O 2 (г)
  • Реагенты и продукты остаются теми же; однако хлор использовался в качестве катализатора для образования промежуточного продукта (требующего меньшей энергии активации).
  • Это значительно увеличивает скорость, а хлор остается неизменным и может продолжать катализировать другую реакцию.

Полезные книги для доработки:

Revise AS Chemistry for Salters (Написано опытными экзаменаторами и учителями химии Salter)
Revise AS Chemistry for Salters (OCR) (Продвинутая химия Salters) Главная

Катализаторы | Химия для неосновных

Цели обучения

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

Куда ушло солнце?

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

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

Катализаторы

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

Катализатор работает, изменяя конкретный способ протекания реакции, называемый ее механизмом. Важным результатом использования катализатора является то, что общая энергия активации реакции снижается (см. Рисунок ниже). При более низком энергетическом барьере активации больший процент молекул реагентов может иметь эффективные столкновения, и скорость реакции увеличивается.

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

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

Сводка

  • Описывается функция катализатора.

Практика

Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

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

Обзор

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

Глоссарий

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

7.4 Механизм реакции и катализа | Скорость и степень реакции

Ранее упоминалось, что именно столкновение частиц вызывает реакцию, и что только некоторые из этих столкновений являются успешными.Это связано с тем, что частицы реагента имеют широкий диапазон кинетических энергий, и только небольшая часть частиц будет иметь достаточно энергии (и правильную ориентацию), чтобы фактически разорвать связи, чтобы могла произойти химическая реакция. Минимальная энергия, необходимая для протекания реакции, называется энергией активации . Для получения дополнительной информации об энергии реакций обратитесь к 11 классу (глава 12).

Энергия активации (ESCN9)

Энергия активации

Минимальная энергия, необходимая для протекания химической реакции.

Даже при фиксированной температуре энергия частиц меняется, а это означает, что только некоторые из них будут иметь достаточно энергии, чтобы участвовать в химической реакции, в зависимости от энергии активации этой реакции (рис. 7.9). Повышение температуры реакции приводит к увеличению количества частиц, обладающих достаточной энергией, чтобы участвовать в реакции, и к увеличению скорости реакции.

Рисунок 7.9: Распределение кинетической энергии частиц при фиксированной температуре.

Помните, что для реакции молекула должна иметь энергию, превышающую энергию активации, а также правильную ориентацию.

Повышение температуры реакционной смеси увеличивает среднюю кинетическую энергию частиц. Как видно на графике (рис. 7.10), большая часть частиц теперь может реагировать, ускоряя реакцию. С увеличением движения молекул также увеличиваются шансы молекулы иметь правильную ориентацию.

Рисунок 7.10: Распределение кинетической энергии частиц при повышении температуры. Увеличивается количество частиц с достаточной энергией из-за более высокой температуры.

Эндотермическая реакция может быть представлена ​​как:

\ (\ text {Reactants} + \ color {red} {\ text {Energy}} \ to \ text {Products} \) то есть реакция, которая поглощает энергию

Это может быть показано на диаграмме энергии активации (рисунок 7.11). Эти графики также иногда называют профилем реакции или графиком потенциальной энергии.

Рисунок 7.11: Диаграмма энергии активации с энергией реагента ниже, чем энергия продукта, т. Е. эндотермический

Экзотермическая реакция может быть представлена ​​как:

\ (\ text {Reactants} \ to \ text {Products} + \ color {red} {\ text {Energy}} \) то есть реакция, при которой выделяется энергия

Это может быть показано на диаграмме энергии активации (рисунок 7.12):

Рисунок 7.12: Диаграмма энергии активации с энергией реагента, превышающей энергию продукта, т.е.е. экзотермический

Измените этот раздел с уровня 11 (Энергия активации, Раздел 12.3).

Как работают катализаторы? (ESCNB)

Катализатор увеличивает скорость реакции несколько иначе, чем другие методы увеличения скорости реакции. Функция катализатора состоит в том, чтобы снизить энергию активации, чтобы большая часть частиц имела достаточно энергии для реакции. Катализатор может снизить энергию активации реакции на:

Некоторые металлов e.грамм. платина, медь и железо могут действовать как катализаторы в определенных реакциях. В нашем собственном организме содержится ферментов, — катализаторов, которые помогают ускорить биологические реакции. Катализаторы обычно реагируют с одним или несколькими реагентами с образованием промежуточного химического соединения, которое затем вступает в реакцию с образованием конечного продукта. Промежуточный химический продукт иногда называют активированным комплексом .

Активированный комплекс возникает в реакциях без катализаторов, а также в реакциях с катализаторами.

Ниже приводится пример того, как может протекать реакция с участием катализатора. A и B — реагенты, \ (\ color {blue} {\ text {C}} \) — катализатор, а D — продукт реакции A и B.

Шаг 1: \ ({\ text {A}} + \ color {blue} {\ text {C}} \ to \ text {A} \ color {blue} {\ text {C}} \)

Шаг 2: \ (\ text {B} + \ text {A} \ color {blue} {\ text {C}} \ to \ text {A} \ color {blue} {\ text {C}} \ text {B} \)

Шаг 3: \ (\ text {A} \ color {blue} {\ text {C}} \ text {B} \ to \ color {blue} {\ text {C}} + \ text {D} \)

\ (\ text {A} \ color {blue} {\ text {C}} \ text {B} \) представляет собой промежуточное химическое вещество.Хотя катализатор (\ (\ color {blue} {\ text {C}} \)) расходуется в реакции 1, позже он снова высвобождается в реакции 3, так что общая реакция с катализатором выглядит следующим образом:

\ (\ text {A} + \ text {B} + \ color {blue} {\ text {C}} \ to \ text {D} + \ color {blue} {\ text {C}} \)

Из этого видно, что катализатор высвобождается в конце реакции в совершенно неизменном виде. Без катализатора общая реакция будет:

\ (\ text {A} + \ text {B} \) \ (\ to \) \ (\ text {D} \)

Катализатор обеспечивает альтернативный набор стадий реакции, который мы называем альтернативным путем.Путь с участием катализатора требует меньше энергии активации и, следовательно, быстрее.

Это можно увидеть на следующей диаграмме (рисунок 7.13).

Рис. 7.13: Доля частиц, обладающих достаточной энергией для реакции, увеличивается в присутствии катализатора.

Катализатор

Катализатор ускоряет химическую реакцию, но не расходуется на нее. Это увеличивает скорость реакции за счет снижения энергии активации реакции.

Энергетические диаграммы полезны для иллюстрации влияния катализатора на скорость реакции. Катализаторы уменьшают энергию активации, необходимую для протекания реакции (показано меньшим значением энергии активации на энергетической диаграмме на рисунке 7.14), и, следовательно, увеличивают скорость реакции. Помните, что с катализатором средняя кинетическая энергия молекул остается прежней, но требуемая энергия уменьшается (рис. 7.13).

Рисунок 7.14: Влияние катализатора на энергию активации эндотермической реакции. Катализатор будет действовать таким же образом при экзотермической реакции.

Высокие оценки в науке — залог вашего успеха и будущих планов. Проверьте себя и узнайте больше о практике Сиявулы.

Зарегистрируйтесь и проверьте себя

Скорость реакции

Учебник Упражнение 7.4

Катализатор увеличивает энергию молекул реагента, так что может происходить химическая реакция.

Неверно.Катализатор снижает энергию активации реакции, так что может иметь место химическая реакция.

Повышение температуры реакции приводит к увеличению количества частиц реагента, энергия которых превышает энергию активации.

Катализатор не становится частью конечного продукта химической реакции.

Почему во время реакции происходит уменьшение массы?

Реакция не происходит в герметичном контейнере, поэтому газообразный водород может выйти из реакционного сосуда.{-3} $} \) соляная кислота. Как средняя скорость этой реакции соотносится с исходной скоростью реакции ?

Имеется больший объем соляной кислоты. Однако концентрация не увеличивается, и поэтому скорость реакции не изменяется.

Как катализатор повлияет на среднюю скорость этой реакции?

(IEB Paper 2 2003)

Средняя скорость реакции увеличится. {3} $} \) из \ (\ text {0,2} \) \ (\ text {mol.{-3} $} \) кислота соляная используется

Средняя скорость реакции зависит от концентрации жидких реагентов, а не от объема. Однако концентрация увеличивается, поэтому скорость будет увеличиваться.

Химические реакции и катализаторы — Science Learning Hub

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

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

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

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

Катализаторы

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

Есть два основных способа работы катализаторов.

Адсорбция

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

Промежуточные соединения

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

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

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

Полезная ссылка

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

Катализ

14.8 Катализ

Цель обучения

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

Глава 3 «Химические реакции» описывает катализаторы: вещество, которое участвует в реакции и заставляет ее протекать быстрее, но которое может быть восстановлено без изменений в конце реакции и повторно использовано. Катализаторы также могут контролировать, какие продукты образуются в реакции.как вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, но не расходуются в процессе. Катализатор, следовательно, не входит в общую стехиометрию реакции, которую он катализирует, но он должен присутствовать по крайней мере в одной из элементарных реакций в механизме катализированной реакции. Катализированный путь имеет более низкое значение E a , но чистое изменение энергии в результате реакции (разница между энергией реагентов и энергией продуктов) составляет , а не , на которое влияет присутствие катализатора (рисунок 14.26 «Понижение энергии активации реакции катализатором»). Тем не менее, из-за более низкого значения E a скорость реакции катализированной реакции выше, чем скорость реакции некаталитической реакции при той же температуре. Поскольку катализатор уменьшает высоту энергетического барьера, его присутствие увеличивает скорость реакции , , прямую, и , обратную на одинаковую величину. В этом разделе мы рассмотрим три основных класса катализаторов: гетерогенные катализаторы, гомогенные катализаторы и ферменты .

Обратите внимание на узор

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

Рисунок 14.26. Снижение энергии активации реакции катализатором

На этом графике сравниваются диаграммы потенциальной энергии для одностадийной реакции в присутствии и в отсутствие катализатора. Единственный эффект катализатора — снижение энергии активации реакции. Катализатор не влияет на энергию реагентов или продуктов (и, следовательно, не влияет на Δ E ).

Гетерогенный катализ

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

Примером гетерогенного катализа является взаимодействие газообразного водорода с поверхностью металла, такого как Ni, Pd или Pt. Как показано в части (а) на рисунке 14.27 «Гидрирование этилена на гетерогенном катализаторе», водородно-водородные связи разрываются и образуют отдельные адсорбированные атомы водорода на поверхности металла. Поскольку адсорбированные атомы могут перемещаться по поверхности, два атома водорода могут сталкиваться и образовывать молекулу газообразного водорода, которая затем может покинуть поверхность в обратном процессе, называемом десорбцией .Адсорбированные атомы H на поверхности металла значительно более активны, чем молекулы водорода. Поскольку относительно прочная связь H – H (энергия диссоциации = 432 кДж / моль) уже разорвана, энергетический барьер для большинства реакций H 2 на поверхности катализатора существенно ниже.

Рисунок 14.27. Гидрирование этилена на гетерогенном катализаторе

Когда молекула водорода адсорбируется на поверхности катализатора, связь H – H разрывается, и образуются новые связи M – H.Отдельные атомы H более реакционноспособны, чем газообразный H 2 . Когда молекула этилена взаимодействует с поверхностью катализатора, она вступает в реакцию с атомами H в ступенчатом процессе с образованием этана, который высвобождается.

На рисунке 14.27 «Гидрирование этилена на гетерогенном катализаторе» показан процесс, называемый гидрирование , в котором атомы водорода добавляются к двойной связи алкена, такого как этилен, с получением продукта, содержащего одинарные связи C – C, в данном случае этан.Гидрирование используется в пищевой промышленности для преобразования растительных масел, состоящих из длинных цепочек алкенов, в более коммерчески ценные твердые производные, содержащие алкильные цепи. Гидрирование некоторых двойных связей в полиненасыщенных растительных маслах, например, дает маргарин, продукт с температурой плавления, текстурой и другими физическими свойствами, аналогичными свойствам сливочного масла.

Несколько важных примеров промышленных гетерогенных каталитических реакций приведены в таблице 14.8 «Некоторые коммерчески важные реакции с использованием гетерогенных катализаторов». Хотя механизмы этих реакций значительно сложнее описанной здесь простой реакции гидрирования, все они включают адсорбцию реагентов на твердой каталитической поверхности, химическую реакцию адсорбированных частиц (иногда через ряд промежуточных частиц) и, наконец, десорбцию. изделий с поверхности.

Таблица 14.8 Некоторые коммерчески важные реакции с использованием гетерогенных катализаторов

Коммерческий процесс Катализатор Начальная реакция Конечный коммерческий продукт
контактный процесс V 2 O 5 или Pt 2SO 2 + O 2 → 2SO 3 H 2 SO 4
Процесс Хабера Fe, K 2 O, Al 2 O 3 N 2 + 3H 2 → 2NH 3 NH 3
процесс Оствальда Pt и Rh 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O HNO 3
реакция конверсии вода-газ Fe, Cr 2 O 3 или Cu CO + H 2 O → CO 2 + H 2 H 2 для NH 3 , CH 3 OH и других видов топлива
паровой риформинг Ni CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 H 2
синтез метанола ZnO и Cr 2 O 3 CO + 2H 2 → CH 3 OH СН 3 ОН
Процесс Sohio фосфомолибдат висмута Ch3 = CHCh4 + Nh4 + 32O2 → Ch3 = CHCN + 3h3O Ch3 = CHCNacrylonitrile
каталитическое гидрирование Ni, Pd или Pt RCH = CHR ′ + H 2 → RCH 2 -CH 2 R ′ частично гидрогенизированные масла для маргарина и т. Д.

Гомогенный катализ

В гомогенном катализе Каталитическая реакция, в которой катализатор равномерно диспергирован по смеси реагентов с образованием раствора., катализатор находится в той же фазе, что и реагент (ы). Количество столкновений между реагентами и катализатором максимально, поскольку катализатор равномерно диспергирован по всей реакционной смеси. Многие гомогенные катализаторы в промышленности представляют собой соединения переходных металлов (таблица 14.9 «Некоторые коммерчески важные реакции, в которых используются гомогенные катализаторы»), но извлечение этих дорогостоящих катализаторов из раствора было серьезной проблемой. В качестве дополнительного барьера к их широкому коммерческому использованию многие гомогенные катализаторы можно использовать только при относительно низких температурах, и даже в этом случае они имеют тенденцию медленно разлагаться в растворе.Несмотря на эти проблемы, в последние годы был разработан ряд коммерчески жизнеспособных процессов. Полиэтилен высокой плотности и полипропилен производятся методом гомогенного катализа.

Таблица 14.9 Некоторые коммерчески важные реакции с использованием гомогенных катализаторов

Коммерческий процесс Катализатор Реактивы Конечный продукт
Union Carbide [Rh (CO) 2 I 2 ] CO + CH 3 OH CH 3 CO 2 H
гидропероксидный процесс Комплексы Mo (VI) CH 3 CH = CH 2 + R – O – O – H

гидроформилирование Rh / PR 3 комплексов RCH = CH 2 + CO + H 2 RCH 2 CH 2 CHO
адипонитрил процесс Ni / PR 3 комплексов 2HCN + CH 2 = CHCH = CH 2 NCCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CN, используемый для синтеза нейлона
полимеризация олефинов (RC 5 H 5 ) 2 ZrCl 2 Канал 2 = Канал 2 — (CH 2 CH 2 -) n : полиэтилен высокой плотности

Ферменты

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

Поскольку ферменты могут увеличивать скорость реакции в огромных количествах (до 10 17 раз по сравнению с некатализируемой скоростью) и имеют тенденцию быть очень специфичными, обычно производя только один продукт с количественным выходом, они являются предметом активных исследований.В то же время ферменты обычно дороги в получении, они часто перестают функционировать при температурах выше 37 ° C, имеют ограниченную стабильность в растворе и обладают такой высокой специфичностью, что ограничиваются превращением одного конкретного набора реагентов в один конкретный продукт. . Это означает, что для химически подобных реакций необходимо разрабатывать отдельные процессы с использованием разных ферментов, что отнимает много времени и является дорогостоящим. К настоящему времени ферменты нашли лишь ограниченное промышленное применение, хотя они используются в качестве ингредиентов в моющих средствах для стирки, средствах для чистки контактных линз и размягчителях мяса.Ферменты в этих приложениях, как правило, представляют собой протеазы , которые способны расщеплять амидные связи, удерживающие вместе аминокислоты в белках. Например, размягчители мяса содержат протеазу под названием папаин, которую выделяют из сока папайи. Он расщепляет некоторые длинные волокнистые молекулы белка, которые делают недорогие нарезы говядины жесткими, в результате чего получается более нежный кусок мяса. Некоторые насекомые, такие как жук-бомбадир, несут фермент, способный катализировать разложение перекиси водорода до воды (Рисунок 14.28 «Механизм каталитической защиты»).

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

Рисунок 14.28 Механизм каталитической защиты

Обжигающий спрей с неприятным запахом, исходящий от этого жука-бомбардира, образуется в результате каталитического разложения H 2 O 2 .

Сводка

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

Ключевые вынос

  • Катализаторы позволяют реакции протекать по пути, который имеет более низкую энергию активации.

Концептуальные проблемы

  1. Как катализатор влияет на энергию активации реакции? Как это влияет на частотный фактор ( A )? Как это влияет на изменение потенциальной энергии реакции?

  2. Как можно повлиять на распределение продуктов реакции с помощью катализатора?

  3. Гетерогенный катализатор работает путем взаимодействия с реагентом в процессе, называемом адсорбция .Что происходит во время этого процесса? Объясните, как это может снизить энергию активации.

  4. Как влияет увеличение площади поверхности гетерогенного катализатора на реакцию? Влияет ли увеличение площади поверхности на энергию активации? Поясните свой ответ.

  5. Определите различия между гетерогенным катализатором и гомогенным катализатором с точки зрения следующего.

    1. простота восстановления
    2. частота столкновений
    3. температурная чувствительность
    4. стоимость
  6. Область интенсивных химических исследований включает разработку гомогенных катализаторов, хотя гомогенные катализаторы обычно имеют ряд эксплуатационных трудностей.Предложите одну или две причины, по которым может быть предпочтительнее гомогенный катализатор.

  7. Рассмотрим следующую реакцию между ионами церия (IV) и таллия (I):

    2Ce 4+ + Tl + → 2Ce 3+ + Tl 3+

    Эта реакция протекает медленно, но Mn 2+ катализирует ее, как показано в следующем механизме:

    Ce 4+ + Mn 2+ → Ce 3+ + Mn 3+ Ce 4+ + Mn 3+ → Ce 3+ + Mn 4+ Mn 4+ + Tl + → Tl 3+ + Mn 2+

    Каким образом Mn 2+ увеличивает скорость реакции?

  8. В тексте указывается несколько факторов, ограничивающих промышленное применение ферментов.Тем не менее, существует большой интерес к пониманию того, как работают ферменты, для создания катализаторов для промышленного применения. Почему?

  9. Большинство ферментов имеют оптимальный диапазон pH; однако следует соблюдать осторожность при определении влияния pH на активность ферментов. Снижение активности может быть связано с влиянием изменений pH на группы в каталитическом центре или с воздействием на группы, расположенные в другом месте фермента.Оба примера наблюдаются в химотрипсине, пищеварительном ферменте, который является протеазой, гидролизующей полипептидные цепи. Объясните, как изменение pH может повлиять на каталитическую активность из-за (а) эффектов в каталитическом центре и (б) эффектов в других частях фермента. ( Подсказка : помните, что ферменты состоят из функциональных аминокислот.)

ответов

  1. Катализатор снижает энергию активации реакции.Некоторые катализаторы также могут ориентировать реагенты и тем самым увеличивать частотный фактор. Катализаторы не влияют на изменение потенциальной энергии реакции.

  2. При адсорбции реагент плотно связывается с поверхностью. Поскольку межмолекулярные взаимодействия между поверхностью и реагентом ослабляют или разрывают связи в реагенте, его реакционная способность увеличивается, а энергия активации реакции часто снижается.

    1. Гетерогенные катализаторы легче восстановить.
    2. Частота столкновений больше для гомогенных катализаторов.
    3. Гомогенные катализаторы часто более чувствительны к температуре.
    4. Гомогенные катализаторы часто дороже.
  3. Ион Mn 2+ отдает два электрона Ce 4+ по одному, а затем принимает два электрона от Tl + . Поскольку Mn может существовать в трех степенях окисления, разделенных одним электроном, он способен связывать одноэлектронные и двухэлектронные реакции переноса.

Числовые задачи

  1. В какой-то момент во время ферментативной реакции концентрация активированного комплекса, называемого комплексом фермент-субстрат (ES), и других промежуточных продуктов, участвующих в реакции, почти постоянна.Когда задействован единственный субстрат, реакция может быть представлена ​​следующей последовательностью уравнений:

    фермент (E) + субстрат (S) ⇌ фермент-субстратный комплекс (ES) ⇌ фермент (E) + продукт (P)

    Это также может быть показано следующим образом:

    E + S⇌k − 1k1ES⇌k − 2k2E + P

    Используя молярные концентрации и константы скорости, запишите выражение для скорости исчезновения комплекса фермент-субстрат.Обычно концентрации ферментов невелики, а концентрации субстрата высоки. Если бы вы определяли закон скорости, изменяя концентрацию субстрата в этих условиях, каков был бы ваш очевидный порядок реакции?

  2. Было обнаружено, что конкретная реакция протекает по следующему механизму:

    А + В → С + D 2C → E E + A → 3B + F

    Какова общая реакция? Является ли эта реакция каталитической, и если да, то какой вид катализатора? Определите промежуточные звенья.

  3. У конкретной реакции есть два доступных пути (A и B), каждый из которых способствует превращению X в другой продукт ( Y и Z соответственно). В некаталитических условиях путь A предпочтителен, но в присутствии катализатора путь B предпочтителен. Путь B обратим, а путь A — нет. Какой продукт предпочтительнее в присутствии катализатора? без катализатора? Нарисуйте диаграмму, показывающую, что происходит с катализатором и без него.

  4. Кинетику реакции, катализируемой ферментами, можно проанализировать, построив график зависимости скорости реакции от концентрации субстрата. Этот тип анализа называется лечением Михаэлиса – Ментен. При низких концентрациях субстрата график показывает поведение, характерное для кинетики первого порядка, но при очень высоких концентрациях субстрата поведение показывает кинетику нулевого порядка.Объясните этот феномен.

ответов

  1. Δ [ES] Δt = — (k2 + k − 1) [ES] + k1 [E] [S] + k − 2 [E] [P] ≈0; нулевой порядок в подложке.

  2. В обоих случаях предпочтение отдается продукту пути А.Все Z , полученные по катализированному обратимому пути B, в конечном итоге будут преобразованы в X , поскольку X необратимо преобразуется в Y по пути A.

    Z⇌BX → AY

Новая теория показывает, как деформация улучшает катализаторы

Push and pull: Исследователи из Университета Брауна показали, что влияние внешней деформации на катализатор зависит от внутренней деформации, оказываемой химическими реагентами.Эта новая теоретическая основа может быть полезна при оптимизации катализаторов для различных реакций. Лаборатория Петерсона / Университет Брауна

PROVIDENCE, R.I. [Университет Брауна] — исследователи из Университета Брауна разработали новую теорию, объясняющую, почему растяжение или сжатие металлических катализаторов может улучшить их работу. Теория, описанная в журнале Nature Catalysis, может открыть новые возможности для разработки новых катализаторов с новыми возможностями.

Катализаторы — это вещества, ускоряющие химические реакции.Подавляющее большинство промышленного катализа включает твердые поверхности, часто металлы, которые катализируют реакции в жидкостях или газах. Каталитический нейтрализатор на автомобиле, например, использует металлические катализаторы для удаления токсинов из выхлопных газов. Также есть интерес к использованию металлических катализаторов для превращения диоксида углерода в топливо, изготовления удобрений из атмосферного азота и стимулирования реакций в автомобилях с топливными элементами.

Исследования последних лет показали, что приложение деформации к металлическим катализаторам — сжатие или растяжение — может в некоторых случаях изменить способ их работы.

«Штамм — действительно актуальная тема для катализа прямо сейчас», — сказал Эндрю Петерсон, доцент инженерной школы Брауна и соавтор исследования. «Мы начинаем видеть вещи, происходящие под напряжением, которые нелегко объяснить традиционной теорией работы катализаторов. 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 различным стадиям химической реакции протекать на поверхности металла.После завершения стадий реакции конечный продукт выделяется из катализатора посредством обратного процесса, называемого десорбцией.

Ключевым свойством катализатора является его реакционная способность, означающая, 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 плотно удерживает молекулы, что может затруднить некоторые стадии реакции или сделать так, что конечные продукты не смогут десорбироваться.

В последние годы было показано, что приложение напряжения к катализатору может регулировать его реакционную способность, и существует хорошо обоснованная теория того, как он работает. Вообще говоря, теория предсказывает, что деформация при растяжении должна увеличивать реактивность, а сжатие — уменьшать ее. Однако Петерсон и его группа продолжали сталкиваться с системами, которые нелегко объяснить с помощью теории.

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, будут стремиться 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 внешняя деформация должна влиять на реактивность катализатора.Это предполагает, что натяжение, которое растягивает атомную решетку катализатора, должно сделать катализатор более реактивным по отношению к молекулам, которые естественным образом хотят раздвинуть решетку. В то же время натяжение должно снизить реакционную способность молекул, которые хотят стянуть решетку вместе. Сжатие — сжатие решетки — имеет обратный эффект.

Новая теория не только помогает объяснить ранее озадачивающие результаты, но и делает новые важные прогнозы. В частности, он предсказывает способ разрушения традиционных масштабных соотношений между катализаторами и различными типами молекул.

«Соотношения масштабирования означают, что при нормальных обстоятельствах, когда вы увеличиваете реакционную способность катализатора для одного химического вещества, это увеличивает реакционную способность также и для других химикатов», — сказал Петерсон. «Точно так же, если вы уменьшите реактивность для одного химического вещества, вы уменьшите ее для других».

Эти отношения масштабирования приводят к трудным компромиссам при попытке оптимизировать катализатор. Получение идеальной реакционной способности для одного химического вещества может привести к тому, что другое химическое вещество будет связываться слишком сильно (или слишком слабо), потенциально ингибируя некоторые стадии реакции.Но эта новая теория предполагает, что деформация может нарушить эти масштабные соотношения, позволяя катализатору одновременно связывать одно химическое вещество более плотно, а другое — более свободно, в зависимости от естественного взаимодействия химического вещества с атомной решеткой катализатора и способа создания поля деформации на поверхности. поверхность катализатора.

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

Команда Петерсона начала составлять базу данных по химическим веществам, часто используемым в реакции, и их взаимодействиям с различными поверхностями катализаторов. Эта база данных может служить руководством для поиска реакций, которые могут выиграть от напряжения и нарушения масштабных соотношений.

Тем временем Петерсон надеется, что проделанная ими работа предоставит этому сообществу катализаторов новый взгляд на напряжение.

«Мы пытаемся дать структуру, которая обеспечивает более интуитивное понимание того, как деформация работает в катализе», — сказал Петерсон.«Поэтому, когда люди разрабатывают новые катализаторы, они могут придумать способы лучше использовать эти эффекты напряжения».

Исследование было поддержано Исследовательским бюро армии США (W911NF-11-10353). Другими авторами статьи были Алиреза Хоршиди, Джеймс Вайолет и Джавад Хашеми.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *