تاریخچه ی:
کاتالیزور
تفاوت با نگارش: 5
| - | V{maketoc}
*((غیزفعال شدن کاتالیزور ))
*((بایابی کایور))
*((ه نی یستم های کاتالیکی)) />*((کاتایزورهای جامد)) />*((و مور درفلیت کاتایزو))
*((کبرد کتالیزو))
__کالیوز__
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 ((تکنولوژی)) 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 ود در ی واکن شود. کاتالیزور واکنش را می توان بدون تغییر در پایان واکنش به دست آورد مثلا سرعت تجزیه را با افزایش مقدار کمی می 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.
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 کار، کاتالیزور و 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 در طی می کند کمتر از انرژی فعال سازی راهی است که همان واکنش بدون کاتالیزور می پیماید (شکل 12 ـ 5) و این واقعیتی 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 12 ـ 6) بدین ترتیب عده کل برخوردهای موثر و واحد زمان، که موجب انجام واکنش می شوند. افزایش می یابد. />شکل 13 ـ 5 به دو نکته دیگر نیز پی می بریم نخست آنکه برای واکنش کاتلیزور دار با واکنش بی کاتالیزور یکسان است دیگر آنکه انرژی فعال سازی واکنش معکوس، یعنی، نیز به هنگام استفاده از کاتالیزور کاهش می یابد و مقدار کاهش آن درست برابر کم شدن انرژی صال سازی واکنش کاتالیزور دار اصلی، است این بدان معنی است که کاتالیزور بر یک واکنشی و وکنش معکوس آن از یکسان دارد. اگر ک کاتالیزور در سرعت یک وکنش را دو برابر کند همان کاتالیزور و سرعت واکنش معکوس آن را نیز دو برابر خواهد کرد. />بسیاری از فرایندهای صنعتیبه اعمالی بستگی دارند که ا کاتالیزور صورت می گیرند ولی کاتالیزور هایی که برای انسان مورد اهمیت بیشتری دارند کاتالیزور های طبیعی یعنی آنزیم ها هستند. این مواد وق العاده پییده، فرایندهای حیاتی مانند گوارش و شنتر سلولی را اتالیزور ی کنند. عده زیادی از واکنشهای شیمیایی پیچیده که در بدن صورت می گیرد و برای حیات ما ضرورت دارد 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 ساختمان و عمل آنزیم ها نوید های فراوانی درباره پیشرفت شناخا عامل بیماری و مکانیسم رشد، می هد.
در کاتالیزو همگن، ماده ای که بعنوان کاتالیزور کار می کند با واد واکنش دهنده در ی فازن. ولی در یک کاتالیزور ناهمگن یا کاتالیزور سطحی، مواد واکنش دهنده 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 مکر در تجزیه دی نیترون اکسید است.
گاز در دمای اتاق گاز نسبتا بی اثری است؛ اما در دماهای نزدیک به طبق معادله زیر تجزیه می شود. />فرمول
مطالعات سینتک نشان می دهد که واکنش مذکور بر اثر برخورد بین دو ملکول پیش می رود. این واکنش با مقدار ناچیزی از گاز کلر کاتایزور می شود مکنیسمی که برای مسیر کاتالیزور پیشنهاد شده است به صورت زیر است در دمای آزمایش و به ویژه در مقابل نور، بعضی از مولکلهای کلی تفکیک شده به اعماقهای کلی تبدیل می شوند. />فرمول
اتم های مکر به آسانی به تریب می شوند.
فمول
به صورت تجزیه می شود.
فرمول
به طوری که می شود در این مرحله خر کاتالیزور به صورت اصلی به دست می آید و محصولات نهایی واکنش کاتالیزور شده همان مصولاتی است که از واکنش کاتالیزور نشده اصل می شود.
کاتالیزور همگن در ملول نیز ممکن است صورت گیرد بسیاری از واکنشها بوسیله اسیدها و بازها کاتالیزور می وند. تجزیه هیدروژن پر اکسید در حضور پول یدیدکاتالیز می شود
فرمول
مکانیسم واکنش بصورت زیر است
فرمول />فرمول
کاتالیزور ناهمن عمدتا از طریق جذب سطحی شیمیایی مود واکنش دهنده، بر سطح کاتالیزور صورت می گیرد جذب سطحی فرآیندی ات که در جریان آن مولکولها به سطح جسمی جاد می سبند؛ مثلا در ماسکهای گازی زغال به عنوان یک ماده حاذن بری ازها زیان آور به ار می رود. ر جذب سطحی فیزیکی معمولی، مولکولهای ویله نیوهای و اندروالی به س مده جاذب، گیر می کنند، بنابراین مولکولهایی از گاز ک جذب سطحی شده اند تا همان حد تحت تاثیر قرار گرفته ان که ویی مایع شده باشند. در ذب طحی شیمیایی مولکولهای جذب شده، با پیوندهی که قابل مقایسه با پیوندهای شیمیایی است، به سطح ماده کاتالیزور نگه داشته می شوند. در فایند تشکیل پیوند با ماده جاذب، مولکولهایی که به طور شیمیایی جذب شده اند، دچار تغییر آرایش الکترونی درونی می شوند پیوندهای درون بعضی از مولکولهی کشیده و ضعیف، و حتی پیوند بعضی از آنها شکسته می شوند. مثلا هیدروژن به صورت اتمی بر سطح پل تین جذب می ود بنابراین تعدادی از ملکولها که به طور شیمیایی جذب سطحی شده اند به صورت کمپک فعال شده یک واکنشی که در سطح کاتالیزور شده عمل می کند.
تا کنون جذب سطحی شیمیایی و کاتالیز سطح کاملا فهمیده نشده است، فقط فرضهایی قابل قبول برای مکانیسم چند واکنش خاصی مطرح می کنیم مثلا یک مکانیسم پیشنهاد شده برای تجزیه شکل 13ـ 7 نشان داده شده استچنانچه در شکل ملاحظه می کنید مولکولهای بر سطح به طور شیمییی جذب می شوند و واکنشهای زیر بر این سطح صورت می گیرد. آزاد شدن محصول گازی از سطح را دفع سطحی می نامیم.
فرمول
فرمول
نظری استدلال بر اینکه نقصها یا بی شبکه در سطح کاتالیزور مای با مای برای عمل کاتالیزور است، اولین فرضیه برای توضیح عمل تقویت کننده های کتالیزور ها منسب است، تقویت کننه ها موادی هستند که فعالیت کاتالیزور ها را زیاد می کنند. مثلا در سنتز آمونیاک
فرمول
اگر کاتالیزور آهن با مقدار کمی پتاسیم یا وادیم آمیخته شه باشد بیشتر موثر واقع می شود. سموم کاتالیزور موادی هستند که کاتالیزور ها را از فعالیت باز می دارند. مثلا مقدار کمی آرسینک توانایی پل تین را که کاتالیزور بدیل سولفور دیوکسید، سولفور ترموکسید است، از بین می برد
فرمول
احتمال در ان عمل بر سطح پل تین، پلاتینم ارسیند تشیل می شو و فعالیت کاتالیزوری از میان می رود. />عالیت کاتالیزورها عمدتا بسیار اختصاصی است. در پاره ای موارد که کتالیزور معین موجب سنتز نوعی محصولات خاص از بعضی مواد می شود حال آنکه کتالیزور دیگر موجب سنتز محصولت کاملا متفاوت دیگری از همان مواد می ود. البته در این موارد امکان وقوع هر دو واکنش از لحاظ ترمودینامیکی میسر است مثلا کربن مونوکسید و هیدروژن بر هم اثر می کنند و سته به شراط واکنش و نوع کاتالیزور مصرف شده محصولات بسیار منوعی ایجاد می کنند. اگر بکالت یا نیکل به عنوان کاتالیزور در به کاربرده شود، مخلوطی ز هیدروکربنها به وجود نمی آورد.
در این جا به عنوان یک کاتالیزور نامرغوب عمل می کند.
فرمول
و اگر مخلوط از ری و اکسید کرم به نوان کاتالیزور مصرف شود از واکنش قانون تولید می شود.
فرمول
برای این واکنش یک کاتالیزور مرغوب است.
کاتالیزور مرغوب کاتالیزوری است که انتخابی عمل کند.
غیر فعا شد کاتالیزورها:
معمولا تمام کاتالیزورها دارای یک عمر معین هستند که پس از سپری شدن آن فعالیت موثر آنها اهش می یابد که ممکن است به طور ناگهای یا تدریجی باشد (افت فعالیت) در چنین مواقعی معمولا بسته ه نوع مکانسم غیر فعال 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 استو مهمترین و متداولترین مانیسم غیر فعال شن عبارت است از:
1ـ در کاتالیزور های نفتی تجزیه هیدروکربنها در دماب بالا موجب تشکیل لایه ضخیمی از کربن غیر فعال روی سطح کاتالیزور می گردد که همین دوره باعث می شود که روی سایت کاتالیزور پوشیده و از 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 تعیین آرامش کاتالیزور می شود آرامش بلور در فعالیت کاتالیزور نقش اساسی دارد تغییر آرایش ماوری باعث غیر فعال شدن آن می شود عواملی مانند سولفور این پدیده را ایجاد می کند. />3ـ عامل سوم به وجود ناخالصیهای فلزی در سطح کاتالیزور می باشد؟ این ناخالصیها در مناطق فعال جذب و فعالیت کاتالیزور کاهش می یابد. />4 ـ فلزی معمولا مقدار بسیار به نوان کاتالییتها مورد استفاده قرار می گیرند از تجزیه ناخواسته این کاتالیتها در دمای بالا اورگانومیتالیکهای 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 و پرزدار است حفره های میروی در روی کاتالیزور وجود دارد که شوکهای رارتی بعث این میرو پرزها می ردد بنابراین وکهای حراراتی ممکن است فعالیت کاتالزور ها را اهش می هد.
بازیابی کاتالیزوره />1ـ کاتالیزور را با عبور هوای گرم احیا کد.
2ـ در مکانیسم هی دیگر از وو ناخالصیها که باعث مسموم شدن کاتالیزور می شود لوگیر کرد .
طبقه بندی سیستم های کاتالیکی:
عملکرد کاتالیزور ها و ودخانه هوژن و هتروژن نجام می گردد خانه خوژن حالتی است که مواد واکنش دهنده و کاتالیزور در یک مار قرار م گیرند حال آنکه اگر عملکرد کاتالیزور و مواد واکنش دهنده در دو فاز مختلف باشد و مرز فیزیکی بی کاالیزور و مواد واکنش دهنده وجود داشته باشد چنین فازی را هتروژن می گویند.
کاتایزور های جامد
1ـ جامد فلزی 2ـ کاتالیزورای اکسید فلزی 3 ـ کاتالیزو ای اکسید فلزی و عایق 4ـ کاتالیزورهایی با عملرد ویژه
1 جامد فلز مناسب واکنشهایی هستند که مواد واکنشی از هیدروژن و یا هیدرو کربن تشکیل رژه عمده کاتالیزورهای این دسته از عناصر واسطه تشکیل می گردد. مثل نقره ـ پلاتین، آهن و نیکل و بالادبم.
معمولا ویژگی این فلزات و کاتالیزرها به گونه ی 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 منسب نیست چون احتمال اکسید شدن خود فلزات هم وود دارد.
2ـ کاتالیزورها اکسید فلزی: صل اکسید روی ـ اکسید نیکلـ اکسید منگن ـ اکسید کرومـ اکسید سیموت، اکسید مولون
ویژی این کاتالیزورها در این است که می توانند در واکنش اکسیژن بارکهنند ( یعنی می توانند اکسیژن را دوباره به حات اول برگرداند).
3ـ کاتالیزروهای اکسید فلزی به عایق اکسید منیزیم، اکسید آلومینیم، سیلیس.
این کاتالیزورها به عنوان جاذبه الرطوبت مورد استفاده قرار می گیرند.
4 ـ کاتالیزورهای زیگلر استفاه می شود نسل جدیدی از کاتالیزورهای زیگلر ناتا در متالوسیون استفاده می شود. />عوامل مور در الیت کاتالیزور
1ـ سطح سامت کاتالیزور
2 قدرت و استحکام پوند جذبی
راههای فزاش سطح کاتالیزور:
1ـ پودر کردن یعنی افزایش سطح کاتالیزور به طریق فیزیکی
2ـ ایجاد خلل و موج و کانالهای بسیار ظریف میکروسکوپی در بدنه کاتالیزور
3ـ نشاندن کاتالیزور روی بستری از آلومیا و زئولیت.
4ـ کردن کاتالیزور.
کاربرد کاتالیزور
کاتالیزور در سه بخش ب کار می رود.
1 ـ صفت اتومبیل: کار در این بخش کاتالیزورا به صورت مستقیم و غیر و مستقیم استفاده می شوند. در اگوز اتومبیلها ستری از فلزات جامد مثل روی باید آلومینات قرار گرفته و هیدرو کربنها ی صفر مثل غیره را جذب می کند.
2ـ به علت نفت و پالایش مواد نفتی عمده ترین مصرف کاتالیزور ها در صنعت نفت در دو پروسه کرانیگ شکستن مولکولهای درش به کوچک و رمز مین و دوباره باز آرائی و ترکیب مولکولهایی برای تولد) می باشد. در صنعت نفت بیشتر کاتالیزورهای زنگیرناتا، کاتالیزورهای فلزی و ازکانومتالیک 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 یا وکن مرف و.||
!یه 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 __MNO2__ 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} /> | /> />
/>این 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 تییرات انرژی برای واکنش کاتالیزوردار و واکنش یکاتالیزور یکان است. دیگر نکه ((انرژی اکتیواسیون|انری عال سازی)) واکنش مکو نیز ب هنگام استفاده از کاتالیزور کاهش مییابد و مقدار کاش ن درست برابر ک شدن انری فال ازی واکنش کاتالیزوردار صلی است. این دان منی است که کاتالیزور ر یک واکنشی و وانش مکوس آن ار یکسان دارد. اگر یک کالیور س یک واکش را دو برب کند، همان کاتالیزور رت واکنش معکو آن را نی دو برابر واهد کرد.
!کاتالیزورهای طبیی (((آنزیم)))
بسیاری از ''فرایندهای نتی ''ه اعمالی بستی دارند که با کاتالیزور ورت میگیرند. لی کاتالیزورهایی که رای انان مود اهمی بیشتری دارند، کاتالیزورهای بیعی ینی آنزیما هتند. این مواد ف العاده پیچیده ، فرایندهای حیاتی مانند ((گوارش)) و ستز سلولی را کاتالیز میکنند.
عده یادی از واکنشهای شیمیایی پیچیده که ر بدن ورت میگیر و برای حیا ما رو دارد، به علت ار نزیمها در دمای این بدن امکا وو یدا میکنند. هزاران آنزی وود دارند که هر یک ویفه اصی را انام میدهند. تحیق درباره ساتمان و عمل یمها ، نویدهای فراوانی درباره یشرت شنات امل 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)) |
