تاریخچه ی:
کاتالیزور
تفاوت با نگارش: 13
| - | V{maketoc}
*((غیزفعال شدن کاتالیزور ))
*((بایابی کایور))
*((ه نی یستم های کاتالیکی)) />*((کاتایزورهای جامد)) />*((و مور درفلی کیو))
*((کاررد کاتالیور))
کاتالیزور از دو صفت ''کاتا'' و ''لیزور'' تشکیل شده است در زبان یونانی (کاتا) به معنای ''پائین''، ''افتادن، '' یا ''پائین افتادن'' است و (لیزور) به معنی ''قطعه قطعه کردن'' می باشد. در برخی زبانها کاتالیزور را به معنی'' گردهم آوردن اجسام دور از هم'' معرفی کرده اند تره شان داده است که واکنش با کاتالیزر در دمای کمتری صورت می گید و هم چنین کاتا لیزور ((نرژی اکتیواسیون)) ا ائین می آورد یا کاهش می دهد یا اعث می شود ملکولهای درشت ه ملکولهای کوچکتر قعه قطعه و شکسته شوند.
اولن گزارش مربوط به ''کریشف'' می باشد که با استفاده از یک(( اسید)) به عنوان کاتالیزور توانست(( نشاسته)) را به(( قند)) هیدرولیزه کند. بعدها دیوی توانست واکنش ((اکسید اسیون)) ((هیدروژن)) را با ((اکسیژن)) در حضور کاتالیزور(( پلاتین)) انجام دهد که این واکنش یک ((واکنش گرما گیر)) وه و در نتیجه هنگام انجام واکنش جرقه تولید می شد کاتالزور به دو نوع __کاتالیزور مرغوب و نامرغوب__ تقسیم می شود. />اما ((انقلاب تکنولوژیک)) اصل در زمینه کاتالیزور مربوط به نیمه قرن 19 یعنی بین سالهای (1980 ـ 1950) می باشد. />اولین کار در توضیح اینکه چرا یک واکنش کاتالیزوری انجام می گیرد و کاتالیزور چه نقشی دارد توسط فارادی انجام شد (جذب ((تیلن)) pt را موقتا مموم می کن ر حالکیه ذب سولفور پل ین ا دائا مو ی کند) یترین بهره برداری از کاتالیزور در ((ن نی)) بد. دهه 1960 ـ 1950 دهه ای است که با تولید ((کاتالیزورهای زیگرناتا)) ترکیبات بسیار هم و استراتژیک ساخته شد.
__کاتالیزور مرغوب__ به کاتالیزوری گفته می شود که فقط اجازه تشکیل یک نوع محصول را بدهد اگر در حضور کاتالیزور محصولات متفاوتی امکان تشکیل داشته باشند __کاتالیزور نامرغوب__ تلقی میشود.
/> کاتالیزور مه ای است که ت یک ونش ییایی را ایش می دهد ب که خو در ی واکن شود. کاتالیزور واکنش را می توان بدون تغییر در پایان واکنش به دست آورد مثلا سرعت تجزیه Kcl o3 مقدار کمی MNO<Sub>2می توان فوق العاده زیاد کرد. در معادله ای که برای این تغییر نوشته می شود کاتالیزور را بالای پیکان می گذارند زیرا کاربرد آن در استو کیو متری کل واکنش اثری ندارد
.Kclo3---------,<2Kcl+32
کاتالیزور نمی تواند موجب وقوع واکنش های شود که از نظر ترمودینامیک امکان وقوع ندارند. به علاوه صرفا حضور کاتالیزور نیست که (احتمالا به عنوان یک بخش فعال کننده) موجب اثر بر سرعت واکنش می شود. در یک واکنش کاتالیزور دار تالزور ،کاتالیزور در یک مرحله عملا مصرف می شود و در مرحله بعدی بار دیگر تولید می گردد و این عمل بارها تکرار می گردد. بدون آنکه کاتالیزور دچار تغییر دائمی شود. />بنابراین کار کاتالیزور آن است که راه تازه ای برای پیشرفت واکنش می گشاید؛ بدین ترتیب مکانیسم کاتالیزور دار با یک واکنش بی کاتالیزور تفاوت دارد. انرژی فعال سازی راهی که واکنش به کمک کاتالیزور طی می کند کمتر از انرژی فعال سازی راهی است که همان واکنش بدون کاتالیزور می پیماید (شکل 1)ا.و بن وا قعیتی است که علت سریعتر شدن واکنش را توجیه می کند. وقتی کاتالیزور به کار برده می شود مولکولهای نسبتا بیشتری انرژی لازم برای یک برخورد موفق پیدا می کنند (شکل 2)بدین ترتیب عده کل برخوردهای موثر در واحد زمان، که موجب انجام واکنش می شوند. افزایش می یابد. />در (شکل .1.) به دو نکته دیگر نیز پی می بریم نخست آنکه تغییرات انرژی برای واکنش کاتالیزور دار و واکنش بی کاتالیزور یکسان است دیگر آنکه انرژی فعال سازی واکنش معکوس، نیز به هنگام استفاده از کاتالیزور کاهش می یابد و مقدار کاهش آن درست برابر کم شدن انرژی ال سازی واکنش کاتالیزور دار اصلی،است این بدان معنی است که کاتالیزور بر یک واکنشی و واکنش معکوس آن اثر یکسان دارد. اگر یک کاتالیزور سرعت یک واکنش را دو برابر کند همان کاتالیزور و سرعت واکنش معکوس آن را نیز دو برابر خواهد کرد.
بسیاری از فرایندهای صنعتی به اعمالی بستگی دارند که با کاتالیزور صورت می گیرند ولی کاتالیزور هایی که برای انسان مورد اهمیت بیشتری دارند کاتالیزور های طبیعی یعنی(( آنزیم ))ها هستند. این مواد فوق العاده پیچیده، فرایندهای حیاتی مانند گوارش و سنتز سولی را کاتالیزور می کنند. عده زیادی از واکنشهای شیمیایی پیچیده که در بدن صورت می گیرد و برای حیات ما ضرورت دارد به علت اثر آنزیم ها در دمای پائین بدن امکان وقوع پیدا می کنند هزاران آنزیم وجود دارند که هر یک وظیفه خاصی را انجام می دهند. تحقیق درباره ساتمان و عمل آنزیم ها نوید های فراوانی دربره پیشرفت شناخت عامل بیماری و مانیسم رش، می دهد.
در ((کاتالیزور همگن، ))ماده ای که بعنوان کاتالیزور کر می کند با مواد واکنش دهنده در یک فازند. ولی در یک ((کاتالیزور ناهمگن ))یا کاتالزور سطحی، مواد وانش هنده و کاتالیزور در دو فاز مجزا کنار هم هستند و واکنش در سطح کاتالیزور صورت می گیرد. نمونه ای از کاتالیزور همگن در فاز گازی اثر کلر در تجزیه دی نیترون اکسید است.
گاز دی نیترون اکسید در دمای اتاق گاز نسبتا بی اثری است؛ اما در دماهای نزدیک به صد درجه طبق معادله زیر تجزیه می شود.
(2N2o(g)--------->2N2(g)+o2(g
lمطاعات سینتیک نشان می دهد که واکنش مذکور بر اثر برخورد بین دو ملکول کلر کاتالیزور می شود
;
کاتالیزور همگن در محلول نیز ممکن است صورت گیرد بسیاری از واکنشها بوسیله اسیدها و بازها کاتالیزور می شوند. تجزیه هیدروژن پر اکسید در حضور پون یدیکاتالز می شود.
کاتالیزور ناهمگن عمدتا از طریق جذب سطحی شیمیایی مواد واکنش دهنده، بر سطح کاتالیور صورت می گیرد جذب سطحی فرآیندی است که در جریان آن مولکولها به سطح جسمی جامد می چسبند؛ مثلا در ماسکهای گازی زغال به عنوان یک ماده حاذن برای گازها زیان آور به کار می رود. در جذب سطحی فیزیکی معمولی، مولکولهای بوسیله نیروهای و اندروالی به سطح ماده جاذب، گیر می کنند، بنابراین مولکولهایی از گاز که جذب سطحی شده اند تا همان حد تحت تاثر قرار گرفته اند که گویی مایع شده باشند. در جذب سطحی شیمیایی مولکولهای جذب شده، با پیوندهایی که قابل مقایسه با پیوندهای شیمیایی است، به سطح ماده کاتالیزور رنگه داشته می شوند. در فرایند تشکیل پیوند با ماده جاذب، مولکولهایی که به طور شیمیایی جذب شده اند، دچار تغییر آرایش الکترونی درونی می شوند پیوندهای درون بعضی از مولکولهای کشیده و ضعیف، و حتی یوند بعضی از آنها شکسته می شوند. مثلا هیدروژن به صورت اتمی بر سطح پلا تین جذب می شود بنابراین تعدادی از ملکولها که به طور شیمیایی جذب سطحی شده اند به صورت کمپکس فعال شده ی واکشی که در سطح کاتالیزور شده مل م کند.
تا کنون جذب سطحی شیمیایی و کاتالیز سطح کاملا فهمیده نشده است، فقط فرضهایی قابل قبول برای مکانیسم چند واکنش خاصی مطرح شده است..
نظری دال بر اینکه نقصها یا بی نظمیهای شبکه در سطح کاتالیزور جای فعالی برای عمل کاتالیزور است، اولین فرضیه برای توضیح عمل تقویت کننده های کاتالیزور ها مناسب است، تقویت کننده ها موادی هستند که فعالیت کاتالیزور ها را زیاد می کنند. مثلا در سنتز آمونیاک
N2(g)+3H2(g)----------->2NH3(g)
اگر کاتالیزور آهن با مقدار کمی پتاسیم یا وانادیم آمیخته شده باشد بیشتر موثر واقع می شود. سوم کاتالیزور موادی هستند که کاتالیزور ها را از فعالیت باز می دارند. مثلا مقدار کمی آرسینک توانایی پلا تین را که کاتالیزور تبدی سولفور دیوکسد،به سولفور تریوکسید است، از بین ی برد. /> />2So2(g)----------->2So2(g)
>احتمال در این عمل بر سطح پلا تین، پلاتینم ارسیند تشکیل می شود و فعالیت کاتالیزوری از میان می رود.
فعالیت کاتالیزورها عمدتا بسیار اختصاصی است. در پاره ای موارد که کاتالیزور معین موجب سنتز نوعی محصولات خاص از بعضی مواد می شود حال آنکه کاتالیزور دیگر موجب سنتز محصولات کاملا متفاوت دیگری از همان مواد می شود. البته در این موارد امکان وقوع هر دو واکنش از لحاظ ترمودینامیکی میسر است مثلا کربن مونوکسید و هیدروژن بر م اثر می ند و بسته به شرایط واکنش و نوع کاتالیزور مصرف شده محصولات بسیار متنوعی ایجاد می کنند. اگر کبالت یا نیکل به عنوان کاتالیزور در به کاربرده شود، مخلوطی از هیدروکربنها ه وجود می آورد.
در این جانیکل به عنوان یک کاتالیزور نامرغوب عمل می کند.
Co(g)+3H2(g)------------>CH4(g)+H2O
و اگر مخلوط از روی و اسی کرم به عنوان کاتالیزور مصرف شود از واکنش متانول تولید می شود.
Co(g)+2H2(g)------------>cH3oH(g)
برای ین واکنش یک کاتالیزور مرغوب است. />کتالیزور مرغوب کاتالیزوری است که انتخابی عمل کند.
((غیر فعال شدن کاتالیزورها))
معمولا تمام کاتالیزورها درا یک عمر معین هستند که پس از سپری شدن آن فعالیت موثر آنها کاهش می یابد که ممکن است به طور ناگهانی یا تدریجی باشد (افت فعالیت) در چنین مواقی معمولا بسته به نوع و مکانیسم غیر فال شدن مفهوم کاتالیروز را بازیابی یا جایگزین کرد در این مواقع باید تصمیم بگیریم که آن را تعویض یا احیا کنیم. تصمیم بر اساس مکانیسم های غیر فعال شدن است و مهمترین و متداولترین مکانیسم غیر فعال شدن عبارت است از:
1 در کاتالزور های نفتی تجزیه ((هیدروکربن))ها در دمای بالا موجب تشکیل لایه ضخیمی از کربن غیر فعال روی سطوح کاتالیزور می گردد که همین دوره باعث می شود که روی سایت کاتالیزور پوشیده و ا کار می افتد.
2 ـ پدیده دوم مربوط به مسموم شدن کاتالیزور می باشد این پدیده زمانی اتفاق می افتد که ماده جذب شونده باعث تعییر آرایش کاتالیزور می شود آرایش بلوری در فعالیت کاتالیزور نقش اساسی دارد تغییر آرایش بلوری باعث غیر فعال شدن آن می شود عواملی مانند سولفور این پدیده را ایجاد می کند.
3 عامل سوم مربوط به وجود ناخالصهای فلزی در سطح کاتالیزور می باشد. این ناخالصیها در مناطق فعال جذب و فعالیت کاتالیزور را کاهش می یابد.
4 ((ـاورگانومتالیکهای فلزی ))معمولا به مقدار بسیار به عنوان کتالیستها مورد استفاده قرار می گیرند از تجزیه ناخواسته این کاتالیستها در دمای بالا اورگانومتالیکهای تیتانیم و وانادیم فلزات ایجاد شده ضمن بلکه کردن کانالهای کاتالیکی باعث کاهش فعالیت کاتالیزوری می شوند. />5 ـ معمولا ساختمان کاتالیزور ها یک ساختمان متخلخل و پرزدار است .((حفره های میکرونی ))در روی کاتالیزور وجود دارد که ((شوکهای حرارتی ))باعث مسدود شدن این میکرو پرزها می گردد بنابراین شوکهی حراراتی ممکن است فعالیت کاتالیزور ها را کاهش دهد.
((بازیابی کاتالیزورها))
1ـ کاتالیزور را با عبور هوای گرم احیا کرد.
2ـ در مکانیسم های دیگر از وجود ناخالصیها که باعث مسموم شدن کاتالیزور می شود جلوگیری کرد .
((طبقه بندی سیستم های کاتالیکی))
عملکرد کاتالیزور هادر دو فار ''هموژن'' و ''هتروژن'' انجام می گردد فاز هموژن حالت است که مواد واکنش دهنده و کاتالیزور در یک فار قرار می گیرند حال آنکه اگر عملکرد کاتالیزور و مواد واکنش دهنده در دو فاز مختلف باشد و مرز فیزیکی بین کاتالیزور و مواد واکنش دهنده وجود داشته باشد چنین فازی را __هتروژن__ می گویند
.
((کاتالیزور های جامد))
1ـ جامد فلزی 2ـ کاتالیزورهای اکسید فلزی 3 ـ کاتالیزور های اکسید فلزی و عایق 4ـ کاتالیزورهایی با عملرد ویژه
1ـ جامد فلزی: مناسب واکنشهایی هستند که مواد واکنشی از هیدروژن و یا هیدرو کربن تشکیل شده عمده کاتالیزورهای این دسته از عناصر واسطه تشکیل می گردد. مثل نقره ـ پلاتین، آهن و نیکل و پالادبم.
معمولا ویژگی این فلزات و کاتالیزورها به گونه ای است که هم هیدروژن و هم هیدروکربن به راحتی در سطح این کاتالیزورها جذب می گردند این کاتالیزورها برای واکنشهای هیدروژن و هیدروژن گیری مناسب است برای واکنشهای اکسید اسیون مناسب نیست چون احتمال اکسید شدن خود فلزات هم وجود دارد.
2ـ کاتالیزورها اکسید فلزی: صل اکسید روی ـ اکسید نیکل_ اکسید منگنز ـ اکسید کرومـ اکسید بیسموت، اکسید مولیبدن
ویژگی این کاتالیزورها در این است که می توانند در واکنش اکسیژن مبادله کنند( یعنی می توانند اکسیژن را دوباره به حالت ول برگرداند).
3ـ کاتالیزروهای اکسید فلزی _عایق: اکسید منیزیم، اکسید آلومینیم، سیلیس.
این کاتالیزورها به عنوان جاذبه الرطوبت مورد استفاده قرار می گیرند.
4 کاتالزورهای گلرناتادر پلیمریزاسیون استفاده می شود نسل جدیدی از کاتالیزورهای زیگلر ناتا در متالوسیون استفاده می شود.
((عوامل موثر در فعالیت کاتالیزور))
1ـ سطح کاتایزور />2ـ قدر و استحکام پیوند جذبی
(( راههای افزایش سطح کاتالیزور))
1ـ پودر کردن یعنی افزایش سطح کاتالیزور به طریق فیزیکی
2ـ ایجاد خلل و فرج و کانالهای بسیار ظریف میکروسکوپی در بدنه کاتالیزور />3ـ نشاندن کاتالیزور روی بستری از ((آلومینا ))و(( زئولیت)).
4ـمتخلخل کردن کاتالیزور. />
کاربرد کاتالیزور
کاتالیزور در سه بخش به کار می رود.
1 ـ صنعت اتومبیل: در این بخش کاتالیزورها به صورت مستقیم و غیر و مستقیم استفاده می شوند. در اگزوز اتومبیلها بستری از فلزات جامد مثل pt روی پایه آلومینات قرار گرفته و هیدرو کربنها ی مضر مثل co و غیره را جذب می کند.
2ـ صنعت نفت و پالایش مواد نفتی عمده ترین مصرف کاتالیزور ها در صنعت نفت در دو پروسه کراکینگ ( شکستن مولکولهای درش به کوچک) و رفر مین ( دوباره باز آرائی و ترکیب مولکولهایی برای تولد) می باشد. در صنعت نفت بیشتر کاتالیزورهای زیگلرناتا، کاتالیزورهای فلزی و ارگانومتالیک مثل رودیوم استفاده می شود.
3ـ تولید مواد شیمیایی:
|
+ |
||کاتالیزور ماه ای ا ک ر یک کن یمیایی را ازایش می دهد دون ک خو در ین واکن م و.||
!ریه لوی
کاتالیزور از دو صفت ''~~green:کاتا~~'' و ''~~green:لیزور~~'' تشکیل شده است. در زبان یونانی "__کاتا__" به معنای __پائین__ ، __افتادن__ ، یا __پائین افتادن__ است و "__لیزور__" به معنی __قطعه قطعه کردن__ می‌باشد. در برخی زبانها کاتالیزور را به معنی'' __گردهم آوردن اجسام دور از هم__ '' معرفی کرده اند. />!تریه />اولی گار اساده ا کاتلیزور ، مربوط به ''__کریشف__'' می‌باشد که با استفاده از یک ((اسید)) به عنوان کاتالیزور توانست ((نشاسته)) را به ((قند)) ، ((هیدرولیز))کند. بعدها __دیوی__ توانست واکنش اکسیداسیون ((هیدروژن)) را با ((اکسیژن)) در حضور کاتالیزور((پلاتین)) انجام دهد که این واکنش یک ((واکنش گرما گیر)) ت و در نتیجه هنگام انجام واکنش جرقه تولید میشد.
اولین کار در توضیح اینکه چرا یک واکنش کاتالیزوری انجام میگیرد و کاتالیزور چه نقشی دارد، توسط "__فارادی__" انجام شد. بیترین هه‌رداری ا کالیور ر ((نگ هانی)) بود.
((اقلاب کوژی)) لی در زمینه کاتالیزور مربوط ه نیمه وم ق 20 ینی بی سالهای1980 ـ 1950 می‌باشد.دهه 1960 ـ 1950 دهه ای است که با تولید ((کاتالیزورهای زیگر _ ناتا)) ترکیبات بسیار مهم و استراتژیک ساخته شد.
!انواع کاتالیزور
کاتالیزور به دو نوع __کاتالیزور مرغوب و نامرغوب__ تقسیم میشود:
*~~green:کاتالیزور مرغوب~~: __کاتالیزور مرغوب__ به کاتالیزوری گفته میشود که فقط اجازه تشکیل یک نوع محصول را بدهد.
*~~green:کاتالیزور نامرغوب~~: اگر در حضور کاتالیزور محصولات متفاوتی امکان تشکیل داشته باشند __کاتالیزور نامرغوب__ تلقی مشود.
!چگونگی عمل کاتالیزور />ربه نشان داده است که وکن ا کاتالیزور در دمای کمتری صوت می‌یرد و همچنین کتالیزر ، ((انرژی اکتیواسیون)) را پائی می‌ود یا کاهش میدهد یا بعث ی‌ش ولکولهی در مولکولهای ککر ، قطعه یا شکسته شوند.
کاتالیزور واکنش را می‌توان بدون تغییر در پایان واکنش بدست آورد. مثلا سرعت تجزیه __KClO3__ را با مقدار کمی __MNO<sub>2__ می‌توان فوق‌العاده زیاد کرد. در معادله‌ای که برای این تغییر نوشته میشود ، کاتالیزور را بالای پیکان می‌گذارند ، زیرا کاربرد آن در ا((ستوکیومتری)) کل واکنش اثری ندارد:
::__KClO3--------->2KCl+3O2__::
!مکانیسم واکنش کاتالیزوردار
کاتالیزور نمی‌تواند موجب وقوع واکنشهایی شود که از نظر ((ترمودینامیک شیمیایی|ترمودینامیک)) امکان وقوع ندارند. بعلاوه صرفا حضور کاتالیزور نیست که (احتمالا بعنوان یک بخش فعال‌کننده) موجب اثر بر سرعت واکنش میشود. در یک واکنش کاتالیزوردار ، کاتالیزور در یک مرحله عملا مصرف میشود و در مرحله بعدی بار دیگر تولید می‌گردد و این عمل بارها تکرار می‌گردد، بدون آنکه کاتالیزور دچار تغییر دائمی شود.>>بنابراین کار کاتالیزور آن است که راه تازه ای برای پیشرفت واکنش می‌گشاید. بدین ترتیب مکانیسم کاتالیزوردار با یک واکنش بی‌کاتالیزور تفاوت دارد. انرژی فعال سازی راهی که واکنش به کمک کاتالیزور طی می‌کند، کمتر از انرژی فعال‌سازی راهی است که همان واکنش بدون کاتالیزور می‌پیماید (__شکل 1__)
{picture=nemoodar2.jpg} /> |
ین واقعیتی است که علت سریعتر شدن واکنش را توجیه می‌کند. وقتی کاتالیزور بکار برده میشود، مولکولهای نسبتا بیشتری انرژی لازم برای یک برخورد موفق پیدا میکنند (__شکل 2__). بدین ترتیب عده کل برخوردهای موثر در واحد زمان، که موجب انجام واکنش می‌شوند، افزایش می‌یابد.>>در شکل __1__ به دو نکته دیگر نیز پی می‌بریم. نخست آنکه تغییرات انرژی برای واکنش کاتالیزوردار و واکنش بی‌کاتالیزور یکسان است. دیگر آنکه ((انرژی اکتیواسیون|انرژی فعال سازی)) واکنش معکوس نیز به هنگام استفاده از کاتالیزور کاهش می‌یابد و مقدار کاهش آن درست برابر کم شدن انرژی فال سازی واکنش کاتالیزوردار اصلی است. این بدان معنی است که کاتالیزور بر یک واکنشی و واکنش معکوس آن اثر یکسان دارد. اگر یک کاتالیزور سرعت یک واکنش را دو برابر کند، همان کاتالیزور سرعت واکنش معکوس آن را نیز دو برابر خواهد کرد.
!کاتالیزورهای طبیعی (((آنزیم))) />بسیاری از ''رایندهای صنعتی ''به امالی بتگی دارند که با کاتالیزور ورت میگیرند. ولی کاتالیزورهایی که برای اسان مورد اهمیت بیشتری دارند، کاتالیزورهای طبیی یعنی آنزیمها هستند. این مواد فو العاده پیچیده ، فرایندهای حیاتی مانند ((گوارش)) و ستز سلولی را کاتالیز یکند.
عده زیادی از واکنشهای شیمیایی یچیده که در بدن ورت میگیرد و برای یات ما رورت دارد، به علت ار نزیمها در دمای پاین بدن امکان وقوع پیدا میکنند. هزاران نزیم وجود دارند که هر یک ویفه خاصی را انجام میدهند. تحقیق درباره ساختمان و عمل نزیمها ، نویدهای فراوای دراره پیشرفت شناخت عامل بیماری و مکانیسم رشد میدهد. |
| | + |
| | + | | |
| | + | | |
| | + | {picture=nemoodar1.jpg} |
| | + | |
| | + | |
| | + | | |
| | + | !کاتالیزور همگن و ناهمگن |
| | + | در ((کاتالیزور همگن))ماده ای که بعنوان کاتالیزور کار می‌کند، با مواد واکنش‌دهنده در یک فازند، ولی در یک ((کاتالیزور ناهمگن)) یا کاتالیزور سطحی ، مواد واکنش‌دهنده و کاتالیزور در دو فاز مجزا کنار هم هستند و واکنش در سطح کاتالیزور صورت میگیرد. |
| | + | !!کاتالیزور همگن |
| | + | نمونه ای از کاتالیزور همگن در فاز گازی ، اثر ((کلر)) در تجزیه دی‌نیترون اکسید است. ((گاز)) دی‌نیترون اکسید ، در دمای اتاق ، گاز نسبتا بی‌اثری است، اما در دماهای نزدیک به صد درجه طبق معادله زیر تجزیه می شود.
|
| | + | ::__(2N2O(g)--------->2N2(g)+O2(g__:: |
| | + | مطالعات سینتیک نشان میدهد که واکنش مذکور بر اثر برخورد بین دو ملکول کلر کاتالیز میشود.
کاتالیزور همگن در محلول نیز ممکن است صورت گیرد. بسیاری از واکنشها بوسیله ((اسید|اسیدها)) و ((قلیا|بازها)) کاتالیز می‌شوند. ((تجزیه شیمیایی|تجزیه)) هیدروژن پراکسید در حضور پون یدید کاتالیز میشود. |
| | + | !!کاتالیزور ناهمگن |
| | + | کاتالیزور ناهمگن عمدتا از طریق '' __جذب سطحی شیمیایی__ ''مواد واکنش دهنده بر سطح کاتالیزور صورت میگیرد. ((جذب سطحی)) فرآیندی است که در جریان آن مولکولها به سطح جسمی جامد می‌چسبند. مثلا در ماسکهای گازی ، ((زغال سنگ|زغال)) به عنوان یک ماده جاذب برای ((گازهای زیان آور)) بکار می‌رود.
در ''جذب سطحی فیزیکی ''معمولی ، مولکولها ، بوسیله ((نیروهای و اندروالسی)) به سطح ماده جاذب ، گیر میکنند. بنابراین مولکولهایی از گاز که جذب سطحی شده‌اند، تا همان حد تحت تاثیر قرار گرفته‌اند که گویی مایع شده باشند.
در جذب سطحی شیمیایی ، مولکولهای جذب شده ، با پیوندهایی که قابل مقایسه با پیوندهای شیمیایی است، به سطح ماده کاتالیزور نگه داشته می‌شوند. در فرایند تشکیل پیوند با ماده جاذب ، مولکولهایی که بطور شیمیایی جذب شده‌اند، دچار تغییر ((آرایش الکترونی)) درونی می‌شوند. پیوندهای درون بعضی از مولکولهای کشیده و ضعیف و حتی پیوند بعضی از آنها شکسته می‌شوند.
مثلا هیدروژن بصورت اتمی بر سطح ((پلاتین)) جذب میشود. بنابراین تعدادی از ملکولها که بطور شیمیایی جذب سطحی شده‌اند، به صورت ((کمپلکس)) فعال شده یک واکنشی که در سطح کاتالیزور شده، عمل می‌کند. |
| | + | !!مکانیسم جذب سطحی شیمیایی: |
| | + | تاکنون مکانیسم دقیق جذب سطحی شیمیایی و کاتالیز سطح کاملا فهمیده نشده است، فقط فرضهایی قابل قبول برای مکانیسم چند واکنش خاصی مطرح شده است:
|
| | + | *نظری دال بر اینکه ((نقص در ساختار بلور|نقصها)) یا بی‌نظمیهای شبکه در سطح کاتالیزور ، جای فعالی برای عمل کاتالیزور است، اولین فرضیه برای توضیح عمل تقویت کننده‌های کاتالیزورهای مناسب است. تقویت کننده ها موادی هستند که فعالیت کاتالیزور ها را زیاد میکنند. مثلا در سنتز آمونیاک
|
| | + | ::__(N2(g)+3H2(g)----------->2NH3(g__:: |
| | + | اگر کاتالیزور((آهن)) با مقدار کمی ((پتاسیم)) یا ((وانادیم)) آمیخته شده باشد، بیشتر موثر واقع میشود. |
| | + | !سموم کاتالیزور |
| | + | __سموم کاتالیزور__ موادی هستند که کاتالیزورها را از فعالیت باز می‌دارند. مثلا مقدار کمی آرسنیک توانایی پلاتین را که کاتالیزور تبدیل __سولفور دی‌اکسید__ ،به __سولفور تری‌اکسید__ است، از بین می‌برد.
|
| | + | ::__(2SO2(g)----------->2SO2(g__:: |
| | + | احتمالا در این عمل بر سطح پلاتین ، __پلاتینم ارسیند__ تشکیل میشود و فعالیت کاتالیزوری از میان می‌رود. جذب اتیلن ، کاتالیزور را موقتا مسموم می‌کند، درحالیکه جذب پلاتین ، کاتالیزور را بطور دائم مسموم می‌کند. |
| | + | !اختصاصی بودن فعالیت کاتالیزور |
| | + | فعالیت کاتالیزورها عمدتا بسیار اختصاصی است. در پاره‌ای موارد ، کاتالیزور معین موجب سنتز نوعی محصولات خاص از بعضی مواد میشود، حال آنکه کاتالیزور دیگر موجب سنتز محصولات کاملا متفاوت دیگری از همان مواد میشود. البته در این موارد امکان وقوع هر دو واکنش از لحاظ ترمودینامیکی میسر است. مثلا((منوکسید کربن|کربن مونوکسید)) و هیدروژن بر هم اثر میکنند و بسته به شرایط واکنش و نوع کاتالیزور مصرف شده ، محصولات بسیار متنوعی ایجاد میکنند.
اگر ((کبالت)) یا ((نیکل )) بعنوان کاتالیزور بکاربرده شود، مخلوطی از ((هیدروکربن|هیدروکربنها)) بوجود می‌آورد. در این جا نیکل بعنوان یک کاتالیزور نامرغوب عمل می‌کند.
|
| | + | ::__CO(g)+3H2(g)------------>CH4(g)+H2O__:: |
| | + | و اگر مخلوطی از ((روی)) و __اکسید کرم__ بعنوان کاتالیزور مصرف شود، از واکنش ((متانول)) تولید میشود.
|
| | + | ::__(CO(g)+2H2(g)------------>CH3OH(g__:: |
| | + | برای این واکنش ، نیکل یک کاتالیزور مرغوب است.کاتالیزور مرغوب کاتالیزوری است که انتخابی عمل کند. |
| | + | !غیر فعال شدن کاتالیزور |
| | + | معمولا تمام کاتالیزورها دارای یک عمر معین هستند که پس از سپری شدن آن فعالیت موثر آنها کاهش می‌یابد که ممکن است بطور ناگهانی یا تدریجی باشد (افت فعالیت). در چنین مواقعی معمولا بسته به نوع و مکانیسم غیر فعال شدن ، باید کاتالیروز را بازیابی یا جایگزین کرد. در این مواقع باید تصمیم بگیریم که آن را تعویض یا احیا کنیم. تصمیم بر اساس مکانیسم های غیر فعال شدن است و مهمترین و متداولترین مکانیسم غیر فعال شدن عبارت است از:
|
| | + | #در کاتالیزورهای نفتی ، تجزیه هیدروکربنها در دمای بالا موجب تشکیل لایه ضخیمی از کربن غیر فعال روی سطوح کاتالیزور می‌گردد که همین دوره باعث میشود که روی سایت کاتالیزور پوشیده و از کار می‌افتد.
|
| | + | #پدیده دوم مربوط به مسموم شدن کاتالیزور می‌باشد. این پدیده زمانی اتفاق می‌افتد که ماده جذب شونده باعث تعییر آرایش کاتالیزور میشود. آرایش ((بلور|بلوری)) در فعالیت کاتالیزور نقش اساسی دارد. تغییر آرایش بلوری باعث غیر فعال شدن آن میشود. عواملی مانند سولفور این پدیده را ایجاد می‌کند.
|
| | + | #عامل سوم مربوط به وجود ناخالصیهای فلزی در سطح کاتالیزور می‌باشد. این ناخالصیها در مناطق فعال ، جذب و فعالیت کاتالیزور را کاهش میدهند.
|
| | + | #((اورگانومتالیکهای فلزی)) معمولا به مقدار بسیار به عنوان کاتالیستها مورد استفاده قرار میگیرند. از تجزیه ناخواسته این کاتالیستها در دمای بالا اورگانومتالیکهای ((تیتانیم)) و وانادیم ایجاد شده، ضمن بلوکه کردن کانالهای کاتالیکی باعث کاهش فعالیت کاتالیزوری می‌شوند.
|
| | + | #معمولا ساختمان کاتالیزورها یک ساختمان متخلخل و پرزدار است. حفره های میکرونی در روی کاتالیزور وجود دارد که شوکهای حرارتی باعث مسدود شدن این میکرو پرزها می‌گردد. بنابراین شوکهای حراراتی ممکن است فعالیت کاتالیزورها را کاهش دهد. |
| | + | !بازیابی کاتالیزور |
| | + | * کاتالیزور را می‌توان با عبور هوای گرم احیا کرد.
|
| | + | *در مکانیسم های دیگر از وجود ناخالصیها که باعث مسموم شدن کاتالیزور می شود جلوگیری کرد. |
| | + | !طبقه بندی سیستم های کاتالیکی |
| | + | عملکرد کاتالیزورها در دو فار ''__هموژن__'' و ''__هتروژن__'' انجام می‌گردد. فاز __هموژن__ حالتی است که مواد واکنش‌دهنده و کاتالیزور در یک فاز قرار میگیرند. حال آنکه اگر عملکرد کاتالیزور و مواد واکنش‌دهنده در دو فاز مختلف باشد و مرز فیزیکی بین کاتالیزور و مواد واکنش‌دهنده وجود داشته باشد، چنین فازی را __هتروژن__ می‌گویند. |
| | + | !کاتالیزورهای جامد |
| | + | #جامد فلزی:
مناسب واکنشهایی هستند که مواد واکنشی از هیدروژن و یا هیدرو کربن تشکیل شده‌اند. عمده کاتالیزورهای این دسته از عناصر واسطه تشکیل می‌گردد. مثل ((نقره)) ، پلاتین ، آهن و نیکل و ((پالادیم)).
معمولا ویژگی این فلزات و کاتالیزورها به گونه ای است که هم هیدروژن و هم هیدروکربن به راحتی در سطح این کاتالیزورها جذب می‌گردند. این کاتالیزورها برای واکنشهای هیدروژن و هیدروژن‌گیری مناسب است و برای واکنشهای اکسیداسیون مناسب نیست، چون احتمال اکسید شدن خود فلزات هم وجود دارد.
|
| | + | # کاتالیزورهای اکسید فلزی:
اکسید روی ، اکسید نیکل ، اکسید منگنز ، اکسید کروم ، اکسید ((بیسموت)) ، اکسید ((مولیبدن)). ویژگی این کاتالیزورها در این است که می‌توانند در واکنش ، اکسیژن مبادله کنند (یعنی می‌توانند اکسیژن را دوباره به حالت اول برگردانند).
|
| | + | #کاتالیزروهای اکسید فلزی _ عایق:
اکسید منیزیم ، اکسید آلومینیم ، سیلیس. این کاتالیزورها بعنوان جاذبه الرطوبه مورد استفاده قرار میگیرند.
|
| | + | #کاتالیزورهای زیگلر _ ناتا:
در ((فرایند پلیمریزاسیون|پلیمریزاسیون)) استفاده میشود. نسل جدیدی از کاتالیزورهای زیگلر _ ناتا در __متالوسیون__ استفاده میشود. |
| | + | !عوامل موثر در فعالیت کاتالیزور |
| | + | *سطح کاتالیزور
|
| | + | *قدرت و استحکام پیوند جذبی |
| | + | !راههای افزایش سطح کاتالیزور |
| | + | *پودر کردن یعنی افزایش سطح کاتالیزور بطریق فیزیکی
|
| | + | *ایجاد خلل و فرج و کانالهای بسیار ظریف میکروسکوپی در بدنه کاتالیزور
|
| | + | *نشاندن کاتالیزور روی بستری از ((آلومینا)) و ((زئولیت))
|
| | + | *متخلخل کردن کاتالیزور |
| | + | !کاربرد کاتالیزور |
| | + | کاتالیزور در سه بخش به کار می رود:
|
| | + | #صنعت اتومبیل:
در این بخش کاتالیزورها بصورت مستقیم و غیرمستقیم استفاده می‌شوند. در اگزوز اتومبیلها بستری از فلزات جامد مثل پلاتین روی پایه آلومینات قرار گرفته و هیدروکربنهای مضر مثل منوکسید کربن و غیره را جذب می‌کند.
|
| | + | #صنعت نفت و پالایش مواد نفتی:
عمده ترین مصرف کاتالیزورها در صنعت نفت در دو پروسه ((کراکینگ نفت|کراکینگ)) (شکستن مولکولهای درشت به کوچک) و ((رفرمینگ نفت|رفرمینگ)) (دوباره باز آرائی و ترکیب مولکولهایی برای تولید) می‌باشد.
در صنعت نفت بیشتر کاتالیزورهای زیگلر _ ناتا، کاتالیزورهای فلزی و اورگانومتالیک مثل ((رودیوم)) استفاده میشود.
|
| | + | #تولید مواد شیمیایی |
| | + | !مباحث مرتبط با عنوان |
| | + | *((آنزیم)) |
| | + | *((تعادل شیمیایی)) |
| | + | *((جذب سطحی)) |
| | + | *((سینتیک شیمیایی)) |
| | + | *((شیمی فیزیک)) |
| | + | *((عوامل موثر بر تعادل شیمیایی)) |
| | + | *((کاتالیزور آنزیمی)) |
| | + | *((کاتالیزور زیگلر _ناتا)) |
| | + | *((کاتالیزور همگن)) |
| | + | *((کاتالیزور ناهمگن)) |
| | + | *((کاتالیزور و واکنش شیمیایی)) |
