Для чего катализатор: Для чего нужен катализатор в автомобиле — Лайфхак

Содержание

Для чего на определенном пробеге «пробивают» автомобильный катализатор?

Современные автомобили оснащаются катализаторами, при этом автовладельцам часто неясно их назначение. Поговорим поподробнее о назначении катализатора, а также расскажем о причинах, по которым они выходит из строя.


Особенности устройства

В выхлопной системе современных автомобилей имеется каталитический нейтрализатор, который позволяет автомобилям соответствовать жестким требованиям по экологии. Конструкция катализатора может отличаться, но в большинстве машин это керамические соты, заключённые в корпусе из стального листа.

На поверхность сот нанесено напыление из благородных редкоземельных металлов, в том числе платины, золота, палладия или радия. Именно по причине наличия такого редкоземельного напыления стоимость катализаторов достаточно высока. Обычно к 200 тысячам километров пробега отмечается выгорание такого напыление, после чего катализатор требуется либо поменять, либо вырезать.


Принцип работы

Принцип работы катализаторов достаточно прост. При прохождении раскалённых выхлопных газов через керамические соты с напылением температура катализатора существенно увеличивается, появляется реакция окисления, после чего несгоревшие углеводороды превращаются в обычный водяной пар. Также таким образом нейтрализуется монооксид углерода и другие опасные соединения, которые связываются, и выводятся в виде полностью безопасных газов и соединений.


Причины неисправности

Со временем керамические соты с напылением забиваются загрязнениями, они начинают обгорать из-за высокой температуры при неправильной работе мотора. Всё это приводит не только к потере мощности двигателя, но и неровному холостому ходу. Машина может плохо заводиться, а, в конечном счете, требуется доставлять такой автомобиль в сервис, выполняя его диагностику и ремонт.


Возможные способы ремонта

Сами по себе катализаторы не поддаются восстановлению, поэтому автовладельцу, на машине которого поломался такой фильтр, необходимо либо выполнять замену катализатора, либо вырезать детали и ставить различные обманки. Универсального решения в данном случае попросту не существует, в одних случаях проще поменять катализатор, тогда как на других автомобилях требуется уже всё же устанавливать обманки или перепрошивать блок управления работой двигателя.

 

Нужно лишь помнить о том, что оставлять без внимания подобные неисправности не следует, так как частицы разрушающегося катализатора может противодавлением затянуть в цилиндр, после чего появляются задиры и другие механические повреждения двигателя. Поэтому, как только вы заметили неровную работу мотора или же двигатель потерял мощность, необходимо сразу же доставлять автомобиль в сервис и выполнять его диагностику с ремонтом.


Народные методы ремонта

Можно услышать о народных методах ремонта катализатора, в частности, металлическую банку с фильтрующим элементом пробивают, что, якобы по заверениям отдельных водителей, позволяет снизить противодавление и улучшить работу мотора. Однако, в действительности, подобные способы ремонта не только неэффективны, но и могут вовсе привести к появлению критических неисправностей двигателя. Поэтому заниматься самостоятельным ремонтом в данном случае мы бы вам не рекомендовали, чем скорее вы обратитесь в сервис, тем проще устранить имеющиеся неисправности.


Подведём итоги

Катализатор в современных автомобилях необходим для улучшения показателей экологичности. Это специальное устройство из керамических сот с напылением из редкоземельных металлов, которые связывают тяжёлые металлы и другие вредные вещества. В процессе использования автомобиля катализаторы могут выходить из строя, после чего автовладельцу требуется либо вырезать их и ставить обманку, либо приобрести новые дорогие катализаторы и установить их вместо вышедших из строя запчастей.

25.05.2020

Для чего нужен катализатор ?

Для чего нужен катализатор ?

Катализатор (каталитический нейтрализатор) — деталь современного автомобиля, которая, несмотря на относительно простую конструкцию, играет важную роль в его функционировании. Назначение катализатора — значительное снижение уровня токсичности выбросов очень вредных веществ (окисей азота, углерода, различных групп углеводородов) выпускаемых в атмосферу через выходной тракт автомобиля в результате работы двигателя. Осуществляется это за счет происходящих в устройстве специальных химических реакций. В 1970 году были приняты первые требования по составу автомобильных выбросов, уровню содержащихся в них вредных веществ, а с 1975 года катализаторы стали обязательными для всех производимых авто. Катализатор в основном монтируется после выходной трубы двигателя или на фланце выпускного коллектора и конструктивно состоит из металлического корпуса, блока — носителя и теплоизоляционных материалов. Блок-носитель, выполняющий основную работу, представляет собой картридж из мелких ячеек-нейтрализаторов, покрытых специальным рабочим составом на основе сплава из драгоценных металлов — платины, иридия, палладия, родия. При достижении температуры в выхлопном тракте 200-300 градусов остатки токсичных веществ, не сгоревшие в двигателе, мгновенно сгорают при соприкосновении с нагретой поверхностью ячеек. Кислород для этого забирается катализатором из отработанных токсичных газов. Платина и палладий выступают в качестве окислителей, ускоряющих процесс горения. Результат работы катализатора зависит от качества горючей смеси. Поэтому, для ее оптимизации на входе и выходе прибора устанавливаются кислородные датчики, посылающие сигналы в блок управления автомобилем. В зависимости от материала, из которого изготавливаются картриджи катализаторов, они подразделяются на керамические и металлические. Первые более популярны среди автомобилистов, благодаря таким качествам, как невысокая стоимость, способность выдерживать высокие температуры, отсутствие коррозии. Недостаток керамических катализаторов — хрупкость, неустойчивость к механическому воздействию, учитывая, что прибор располагается под дном автомобиля. Металлические катализаторы лишены этого недостатка, однако гораздо дороже из-за высокой стоимости платинового сплава. Материал, качество, функциональные возможности катализатора зависят от его производителя. Например, катализаторы, выпускаемые некоторыми компаниями для своих автомобилей, оснащены лямбда-зондом, обеспечивающим высокое качество химической реакции, каталитическими коллекторами, датчиками, могут контролироваться с приборной панели.

Все статьи

Зачем и для чего нужен катализатор в автомобиле (в машине)? AILIT

Что такое катализатор и для чего он предназначен в машине, не всегда понимают начинающие автомобилисты. Попробуем разобраться детальнее. В первую очередь, эта часть конструкции призвана нейтрализовать токсичное влияние вредных соединений в выхлопных газах, что являются продуктом сгорания во время движения машины.

Зачем в автомобиле каталитический нейтрализатор?

Катализатор изнашивается со временем после частых перегревов, как правило, срок его службы составляет несколько лет, а вернее 100-150 тыс/км пробега. Рабочий ресурс сильно сокращается при физических повреждениях или, когда происходит оплавление и спекание при применении топлива с посторонними примесями или банально при неисправности системы зажигания. Меняя эту деталь, Вы позаботитесь об окружающей среде и о своем спокойствии. Не будет выдавать сбой автомобильный датчик кислорода в программе управления двигателем, что часто встречается. Хотя многие умельцы советуют просто перепрошить электронику, нужно учитывать, что угарный газ и азот очень опасны и лучше позаботиться и о своем здоровье, и об отменной динамике машины без разных хитростей. Не зря же, еще с 1970-х годов зарубежные производители были обязаны дополнить автомобили нейтрализаторами. Тем более конструкцию катализатора составляют соты с покрытием драгметаллами платиновой группы, а значит после замены детали в авто ее можно не просто сдать в качестве лома, но и вернуть частично стоимость новой.

Обязательно ли ставить новый катализатор в машине после удаления подержанного?

Чисто технически — нет. В топе «полезных» советов: обхитрить электронику, удалить «банку», вварив трубы, или перевести своего коня под стандарты Евро2. Так какие последствия и так ли нужен катализатор?

Современные автомобили выпускаются с «умными» программами управления двигателем. Считывание данных датчиков по количеству кислорода в продуктах сгорания является основой решения, какой объем топлива подавать в цилиндры через форсунки. Без катализатора системы начинают давать сбой, включается аварийный режим, снижается тяга и готовится усредненная смесь, что резко снижает характеристики мотора. Неполное сгорание смеси в цилиндрах приводит к выпадению смол, закоксовыванию и другим вредным явлениям, постепенно разрушающим силу Вашего агрегата.

Если Вы решили заменить эту деталь, б/у запчасть можно сдать в пунктах приема катализаторов Ailit. Мы готовы предложить самую высокую цену после проведения анализа на наличие драгметаллов. Обращайтесь.

что это такое и каковы его функции

Правильное название детали – каталитический нейтрализатор отработавших газов, в народе «катализатор» или «нейтрализатор». Это устройство, которое находится в выхлопной системе и необходимо для очистки выходящих газов. В катализаторе происходят химические реакции, в ходе которых вредные вещества превращаются в менее вредные. Другими словами, благодаря катализатору выхлопная труба выпускает воздух с минимальными загрязнениями. Поскольку выхлоп автомобиля должен строго соответствовать экологическим нормам, ни один автомобиль, сходящий с конвейера, не лишен данного устройства.

Каталитический нейтрализатор находится в выхлопной трубе между двигателем и глушителем. Снизу он закрывается дополнительным экраном, потому что при сильном нагреве он раскаляется докрасна.

Катализатор не работает при пуске холодного двигателя – он включается в работу только после нагревания. Вместе с катализатором начинают функционировать кислородные датчики, или лямбда-зонд, которые определяют состав и соотношение воздуха с бензином в горючей смеси, от которой и зависит, будет ли смесь обогащенная или обедненная. Функционирование катализатора напрямую зависит от работы и показаний датчика. Сигналы с датчиков, расположенных на входе и выходе в устройство, постоянно считываются «мозгами» автомобиля и помогают наилучшим образом оптимизировать рабочую смесь.

Срок службы дорогостоящего катализатора обычно примерно равен сроку службы всего автомобиля, однако нередко он ломается гораздо быстрее положенного и может повлечь за собой поломку двигателя.

Важно помнить, что каталитический нейтрализатор не выходит из строя без причин. Его поломка — признак неправильной работы системы зажигания, неполного сгорания смеси в цилиндрах, сильного износа мотора или длительного использования некачественного топлива. Как правило, катализатор ломается именно из-за некорректной работы системы зажигания и питания. При неисправной системе зажигания топливо в одном или нескольких цилиндрах не сгорает полностью, а попадает в систему выхлопа. Раскалённый катализатор вынужден дожигать повышенные объёмы углеводородов, которые разогревают соты до сверхвысоких температур, что приводит к их спеканию. Причиной крупной неприятности могут быть свечи зажигания, катушки или высоковольтные провода. К аналогичным поломкам приводит и неисправность форсунок, которые начинают переливать топливо. Износ или залегание маслосъёмных колец цилиндропоршневой группы или выход из строя маслосъёмных колпачков приводит к такому же результату, только догорает в катализаторе уже моторное масло.

Ещё одной распространённой причиной выхода из строя катализатора является сильное механическое повреждение, приводящее к деформации корпуса. Важно помнить, что тонкостенные соты легко крошатся даже при незначительных физических нагрузках. Выезжая на бездорожье, нелишним будет озаботиться установкой дополнительной защиты днища автомобиля.

Есть несколько признаков, по которым можно понять,  что вашему катализатору «приходит конец»: снижение производительности мотора (перегрев, тяжелый запуск, резкий неприятный запах), грохочущий шум под днищем (особенно при запуске двигателя и на повышенных оборотах), слабый напор выхлопа из трубы (если на холостых оборотах выхлоп ровный и постоянный, а также если заглушить мотор, а выхлоп еще продолжается), значок «check» на панели приборов (при диагностике ошибка может быть Р0420 или З0430).

Когда катализатор вышел из строя, необходимо менять его на новый. Это решение редко принимается автовладельцем, т.к. деталь дорогая из-за содержания в ней платины и других драгоценных металлов. Но можно купить, например, не оригинальный заводской катализатор, а универсальный или спортивный нейтрализатор выхлопных газов, которые для многих моделей автомобилей стоят гораздо меньше некоторых оригинальных катализаторов. Здесь, разумеется, есть риск неправильного подбора катализатора и установки именно на вашу модель авто. Кроме того, установка неоригинального катализатора может лишить автовладельца заводской гарантии. Также нужно обратить внимание на факт, что датчики контроля расхода газа (датчики кислорода), которые идеально работали с оригинальным катализатором, могут начать неправильно функционировать в неоригинальном нейтрализаторе. Например, это может быть из-за различия в емкости аналогового катализатора. Не исключены дополнительные проблемы в двигателях с турбонаддувом. 

Таким образом, чтобы избежать покупки дорогостоящего нового оригинального катализатора или проблем с заменой на не оригинальный, зачастую автолюбители просто вырезают катализатор (а иногда даже не дожидаясь выхода его из строя).

 С технической точки зрения катализатор не является необходимым устройством. Двигатель будет работать правильно и без него, а при вырезке старого нейтрализатора двигатель будет работать еще лучше. 

Но одной вырезкой не обойтись. Особенно когда речь идет о современных автомобилях, оснащенных несколькими лямбда-зондами (установленными до и после катализатора) экологическим классом не ниже Евро-3. После вырезки катализатора вам не просто придется вырезать катализатор, но и вмешаться в работу электроники. Например, необходимо установить так называемую электронную «обманку» лямбда-зондов. И чем новее автомобиль (значит, выше евростандарт экологического класса), тем больше сложностей после вырезки катализатора. Но инженеры-электронщики, которые занимаются демонтажем катализаторов, справляются с этим очень эффективно.

Главным плюсом вырезания катализатора является небольшой скачок мощности и крутящего момента двигателя. Также автомобиль с вырезанным нейтрализатором получит более приятный, но более громкий звук выхлопа. И при этом никаких проблем с выхлопной системой после демонтажа этого компонента не будет. 

Однако в удалении каталитического нейтрализатора выхлопных газов есть не только преимущества. Например, вмешательство в электронику автомобиля в конечном итоге может вызвать некоторые проблемы в процессе сгорания топливной смеси. Также автомобиль без катализатора может начать потреблять больше топлива. Правда, этот эффект появляется не на всех автомобилях. Но главное – без катализатора ваш автомобиль будет выбрасывать в окружающую среду больше вредных веществ.

Автомобиль, оснащенный катализатором на заводе, как правило, проходит перед началом продаж на рынке сертификацию, в рамках которой проверяются многие параметры безопасности и соответствие принятым в стране ГОСТам. В том числе производятся замеры вредных веществ в выхлопной системе, для того чтобы уровень СО2 соответствовал установленному в России экологическому классу. 

Вырезав катализатор, вы рискуете, что уровень вредных веществ в выхлопе не будет соответствовать установленным нормам. В этом случае автомобиль не сможет пройти легально техосмотр. Но обычно эта проблема легко решается в нашей стране. 

Но в целом, вырезав катализатор, вы даете двигателю «дышать», а еще можете заработать, сдав отработанный катализатор на металл. 

Надеемся, вы получили представление о детали и теперь можете принять правильное решение в случае ее поломки.

Для чего нужен катализатор?

Каталитический нейтрализатор — одна из самых дорогостоящих деталей автомобиля. Именно по этой причине не нужно выбрасывать нерабочую запчасть после ее снятия или замены. На старом катализаторе можно неплохо заработать, ведь прием катализаторов на AutoCatalystMarket проводится в многих регионах страны. Здесь вы сможете быстро продать вышедшую из строя деталь по выгодной цене, предварительно проконсультировавшись с менеджером компании в онлайн-режиме.

Но что дает катализатор и для чего применяется в конструкции автомобиля?

   


Что такое каталитический нейтрализатор

Многие автолюбители, особенно не совсем опытные, узнают о такой части автомобиля только от автомехаников при поломке машины. В народе деталь называется катализатором, хоть официально носит название намного длиннее: автомобильный каталитический нейтрализатор выхлопных газов.

Так зачем же он нужен? А используется катализатор для очищения вредных для окружающей среды элементов. Происходит это методом их принудительного догорания в результате химических реакций. Таким образом, углеводороды, окись азота и окись углерода трансформируются в катализаторе в воду, углекислый газ и азот. Эти микроэлементы считаются менее вредными для окружающей среды чем предыдущие.

Данная деталь является дорогостоящей исходя из ее конструкции, в которой используются:

•  дорогая керамика;
•  родий;
•  платина;
•  палладий.

Катализатор не предусмотрен для длительной эксплуатации. Так как внутренняя его часть состоит из мелких каналов, внешне похожих на соты, они со временем засоряются сажей и другими веществами. При снижении пропускной способности, каталитический нейтрализатор теряет свои функции. За счет того, что отработанные газы не могут свободно через него проходить, они начинают «душить» двигатель, что может привести к серьезным неисправностям в его работе и даже к поломке.

Негативное воздействие на катализатор оказывает езда по плохим дорогам и постоянная вибрация. От тряски внутренняя часть может ударяться об внешнюю оболочку и со временем потрескаться.

Мало какой катализатор доживает до пробега больше 100–120 тысяч км. И в большинстве случаев деталь, после поломки, не подлежит восстановлению.


Что влияет на срок эксплуатации катализатора

Наиболее вредит катализатору проблема с системой зажигания автомобиля. Если цикл настроен неправильно, недогоревшая в цилиндре топливная смесь может оседать на стенках сот и закупоривать их. То же самое происходит, при попадании масла в топливную систему. Если легкий налет сажи еще можно продуть, продлив срок работоспособности нейтрализатора, то шлаки прикипают к его элементам и деталь становится непригодной к реставрации.

Такой же негативный эффект несет и слишком резвый режим езды. В любителей «топить тапку в пол» катализатор выходит из строя намного быстрее. Это начинает ощущаться, когда двигатель заметно теряет в мощности, а расход топлива увеличивается.

 

для чего, замена или удаление. Неисправности и ремонт катализатора

Под каждой машиной находится (или, по крайней мере, должна) металлическая банка, задачей которой является снижение токсичности выхлопных газов. Такая банка работает спокойно и выполняет свою роль до тех пор, пока не сломается. Сколько стоит катализатор? Для чего он? Какие проблемы может вызвать? Каковы симптомы отказа катализатора? Как отремонтировать каталитический нейтрализатор автомобиля? Это можно сделать дешево?

Независимо от того, потребляет ли автомобиль дизель, бензин или газ, у каждого есть выхлопная система. Его первой задачей является удаление всех примесей, возникающих при сжигании топлива. А во-вторых, нейтрализации их достаточно, чтобы представлять наименьший риск для здоровья. И это то, для чего используется наш катализатор, установленный в металлическом цилиндре под машиной.

Первые автомобили, оснащенные катализаторами, появились на европейском рынке в 1986 году. Автомобили, оснащенные каталитическими нейтрализаторами, гордо носили специальную маркировку. С введением стандартов выбросов Евро (Евро 1 с 1993 года) использование катализаторов стало обязательным. Кто не имел катализатора, не получил одобрения и не мог продавать автомобили в ЕС. Сам дизайн развивался. Чем строже были стандарты, тем больше работы должны были выполнять катализаторы.

Катализаторы, используемые в бензине и абсцессах, различаются по структуре активного покрытия, поскольку их состав отработавших газов также отличается.

Строение катализатора?

Катализатор состоит из четырех основных элементов:

  1. Корпус — металлический, продолговатый ящик, обычно в форме цилиндра (или более сплющенный) с теплоизоляцией. С передней части автомобиля к нему присоединена выхлопная труба, которая собирает выхлопные газы из выпускного коллектора. Еще одна трубка выходит из катализатора, которая подводит очищенный выхлопной газ к глушителю.
  2. Носитель — это внутренняя структура с сотовым сечением, состоящая из тысяч каналов, позволяющих поток выхлопных газов. Он изготовлен из металла (металлическая опора) или керамики (керамическая опора, чаще всего из силиката магния и алюминия).
  3. Промежуточное покрытие — оно пористое и покрывает всю поверхность каналов на подложке. Его задача — обеспечить хорошие условия для следующего покрытия.
  4. Каталитически активное покрытие — изготовлено из элементов, предназначенных для вступления в химические (каталитические) реакции с вредными компонентами выхлопных газов и нейтрализации их до веществ, безвредных для окружающей среды. Это самая дорогая и самая важная часть катализатора.

Каталитически активное покрытие покрыто редкими и дорогими элементами. Например, типичный трехходовой катализатор использует платину, родий и палладий. И теперь мы знаем, почему катализаторы были украдены или почему они были куплены. Извлекать из них платину после серии процедур.

Ранее мы упоминали, что катализаторы в дизельных и бензиновых автомобилях немного отличаются.

  • Окислительные катализаторы — уменьшают количество оксидов углерода и углеводородов, а также твердых частиц в выхлопных газах
  • Трехходовые катализаторы — окисляют оксиды углерода и углеводороды и восстанавливают оксиды азота в автоцистернах

Где в машине установлен катализатор? Чаще всего десятки сантиметров позади выпускного коллектора. Есть еще один метод, так называемые картриджи, устанавливаемые в выпускном коллекторе.

Более новые автомобили, которые соответствуют строгим стандартам выбросов, используют два или три катализатора.

Как катализатор работает на практике?

После запуска силового агрегата выхлопные газы двигателя уходят на катализатор. Катализатор должен нагреваться как минимум до 300 градусов Цельсия, чтобы происходили каталитические реакции. Катализатор работает оптимально, когда он имеет температуру от 400 до 800 градусов Цельсия. Для ускорения нагрева катализатора используются дополнительные растворы — чаще всего теплоизоляция под кожухом катализатора (поскольку это самое дешевое решение), реже нагреватели или дополнительная подача воздуха в выпускной коллектор.

Лямбда-зонды (лямбда-значения, определяющие соотношение топлива и воздуха), датчики, измеряющие процент содержания воздуха в выхлопных газах, размещены перед катализатором и прямо за ним. Датчики подают сигнал на компьютер, который управляет двигателем. Если содержание выхлопных газов слишком высокое, это означает, что двигатель работает на ненасыщенной смеси. Компьютер увеличивает количество впрыскиваемого топлива. И наоборот. Если содержание кислорода в смеси слишком низкое, доза топлива уменьшается.

Какое это имеет отношение к катализатору? Наряду с изменениями в составе топливной смеси в катализаторе происходят процессы восстановления и окисления с использованием кислорода. Процессы восстановления уменьшают количество токсичных оксидов азота, процессы окисления уменьшают количество оксидов углерода (восстановление до диоксида углерода) и углеводородов УВ (восстановление до пара и диоксида углерода). Процессы восстановления и окисления происходят поочередно, и благодаря им увеличивается степень конверсии катализатора (то есть его эффективность) — до 98%.

Давайте посмотрим, как катализатор очищает выхлопные газы на практике (источник: журнал Autoexpert 10/2007)

  • Угарный газ — до катализатора 1%, после катализатора — 0,1%
  • Углеводороды углеводородов — перед катализатором: до 100 ч / млн, ниже по потоку от катализатора: до 20 ч / млн
  • Диоксид углерода — перед катализатором — до 14%, после катализатора — до 15,4%

Введение новых стандартов радикальных выбросов означает, что одних катализаторов уже недостаточно для очистки выхлопных газов дизельных двигателей. Также стало необходимым использовать сажевые фильтры DPF / FAP (от Евро 4) и системы селективного каталитического восстановления SCR (от Евро 6). Кроме того, обязательна система рециркуляции выхлопных газов EGR, снижающая содержание оксидов азота (для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями).

Отказ катализатора (каталитический нейтрализатор) — почему катализаторы выходят из строя?

Автомобильный каталитический нейтрализатор подвергается очень тяжелым рабочим условиям. Выхлопная система вибрирует во время работы, и при движении по неровной поверхности возникает дополнительная вибрация.

Катализатор подвергается очень высоким тепловым перегрузкам. Выхлопные газы двигателя достигают температуры до 600 градусов по Цельсию (в зависимости от скорости и долговечности вождения), а с другой стороны, на его корпус влияет температура наружного воздуха (минус зимой). Кроме того, из-за расположения под автомобилем он подвержен механическим повреждениям и коррозии.

Катализатор обладает определенной прочностью. Каталитически активное покрытие стареет в процессе эксплуатации. Трудно определить, когда это произойдет. Тем не менее можно предположить, что он колеблется от 180 до 200 тысяч. км пробега.

Однако существует ряд факторов, которые могут значительно сократить технический срок службы катализатора.

И чаще всего они являются причиной его отказа и, следовательно, необходимости замены. Например:

  • Въезд на машине в глубокую лужу. Катализатор нагревают до температуры нескольких сотен градусов по Цельсию через выхлопные газы. Попадание воды вызывает ее ударное охлаждение и усадку металлического корпуса. Это, в свою очередь, сжимает вставку внутри катализатора и измельчает ее.
  • Отказ системы зажигания, вызывающий выпадение зажигания. В зависимости от конструкции и возраста автомобиля это может быть связано с повреждением высоковольтных проводов, купола устройства зажигания, распределительного пальца или отдельных катушек зажигания. Несгоревшие остатки топлива попадают на катализатор и вызывают его разрушение.
  • Неправильно установленный момент зажигания — слишком длительная задержка зажигания приводит к повышению температуры в катализаторе примерно до 1000 ° C, что приводит к его разрушению.
  • Старение двигателя, связанное с износом поршневых колец, вызывает сгорание моторного масла и попадание его остатков в катализатор. Порошок, образующийся после сгорания моторного масла, закупоривает каналы катализатора.
  • Частая / подавляющая езда по городу — значительно сокращает срок службы катализатора.
  • Неправильно отрегулированная газовая установка — также вызывает ускоренный износ этого элемента
  • Механические повреждения — столкновение днища автомобиля с выступающим элементом может привести к вмятине корпуса и повреждению внутренней вставки.

Подержанный автомобиль каталитический нейтрализатор — каковы признаки отказа?

Есть несколько симптомов, которые указывают на отказ / износ катализатора:

  • Гремит во время вождения — когда вход внутри катализатора откололся
  • Индикатор проверки двигателя загорается после превышения определенной скорости. С течением времени скорость будет уменьшаться.
  • После подключения автомобиля для диагностики наиболее распространенной ошибкой является PO420 (низкая производительность катализатора)
  • Ухудшение двигателя, который иногда не имеет мощности, может иногда дергаться — это указывает на засоренный катализатор
  • Падение мощности двигателя
  • Возможно увеличение расхода топлива

В случае сбоя не все перечисленные выше симптомы возникают всегда.

Ремонт поврежденного каталитического нейтрализатора автомобиля — дорого? 

Какие решения есть у водителя?

  • Удаление катализатора
  • Замена катализатора на новый — оригинальный или универсальный
  • Замена катализатора на использованный

Давайте посмотрим на все решения.

Удаление катализатора

Можно ли снять автомобильный каталитический нейтрализатор? Нет. Удаление запрещено законом. Если диагност обнаруживает, что в машине отключен каталитический нейтрализатор, он не должен подписывать технический осмотр. Автомобиль без каталитического нейтрализатора не соответствует нормам выбросов и не должен быть допущен к движению.

Несмотря на это, вы можете легко найти компании, которые занимаются удалением катализаторов. Выключение катализатора — только полумера, потому что лямбда-датчики обнаруживают его отсутствие и переводят двигатель в аварийный режим. Вместо катализатора, так называемый стримеры — они имеют форму катализатора, а расположение листов внутри них облегчает удаление дыма. Также необходимо вмешаться в программное обеспечение двигателя, чтобы второй лямбда-зонд не переводил его в аварийный режим. На практике для второго лямбда-зонда также используется простое механическое решение, заключающееся в том, чтобы зафиксировать его таким образом (с помощью специального металлического элемента), чтобы он не погружался в поток выхлопных газов.

Стоит помнить о катализаторе при покупке подержанного автомобиля. Может случиться, что предыдущий владелец отключит его, и у покупателя будут незапланированные расходы.

Замена катализатора новым — оригинальным или универсальным

Это самое дорогое решение, но в то же время самое надежное и долговечное.

При правильных условиях они могут выдержать до 200 000 км пробега, как те, что использовались для первой сборки. Сколько стоит такой катализатор? Все зависит от модели автомобиля и версии двигателя.

Они довольно долговечны.

Универсальные катализаторы в зависимости от размера и нормы выбросов являются самыми дешевыми. Однако они не очень долговечны.

Для катализаторов, установленных внутри выпускного коллектора, приобретаются специальные вкладыши. К сожалению, обмен довольно дорогой, потому что механик должен снять коллектор, разрезать его и попасть во вставку. Сам корпус также иногда приходится разрезать, чтобы вставить в него новую вставку.

Как происходит замена:

  • Отсоедините разъемы лямбда-зондов (они могут быть расположены в среднем туннеле рядом с коробкой передач).
  • Снятие всей выхлопной системы
  • Старый катализатор вырезали с помощью угловой шлифовальной машины
  • Сварка нового катализатора вместо старого. Возможно, потребуется установить несколько дополнительных проставок.
  • Установка выхлопной системы
  • Подключение штекеров лямбда-зондов

Дополнительные расходы могут возникнуть во время замены, потому что выхлопная система может быть сильно изношена. Неосторожный механик также может перекрутить лямбда-зонд (иногда вам нужно открутить его, когда он установлен в корпусе катализатора) или сломать его кабель.

Как выбирается автомобильный катализатор? Вам нужны данные, такие как:

  • Марка, модель, год выпуска автомобиля
  • Версия двигателя, мощность
  • Стандарт эмиссии
  • Диаметр выхлопной трубы
  • Размеры и форма (обычно второстепенная проблема, за исключением катализаторов, установленных в выпускном коллекторе)

Как снизить стоимость замены катализатора на новый? Старый, разобранный катализатор можно продать. Работает много компаний, которые их покупают. Цена зависит от уровня истощения.

Замена катализатора на использованный

Это метод ремонта с наибольшим риском. Использованные катализаторы чаще всего покупают на шротах или онлайн-аукционах. Они не самые дешевые, и за их установку нужно платить столько же, сколько и за установку новых.

Вы никогда не знаете, в каком состоянии находится катализатор и как долго он будет работать. Если мы хотим сэкономить — лучше купить самый дешевый, универсальный катализатор.

Если ваш автомобиль показывает признаки износа каталитического нейтрализатора автомобиля

Если вы хотите заменить катализатор на новый оригинальный или универсальный

Если вам нужна помощь в выборе и покупке катализатора

Удалять или оставлять катализатор

Специалисты компании «Авангард Авто» на этот раз разбираются в аспектах вопроса о такой популярной ныне услуге, как удаление катализатора. Статей по данной теме приведено большое количество, но мы решили в своей статье наиболее подробно разобрать этот вопрос, основываясь на личный опыт.

Катализатор или каталитический нейтрализатор – часть выхлопной системы автомобиля, которая служит только для одной цели – снижение вредных веществ в выхлопе.

Устройство катализатора автомобиля простое. Он представляет собой трубку, состоящую из мелких керамических или металлических «сот». Стенки ячеек покрыты активной смесью, которая и взаимодействует с выхлопами. Проходя через трубку, воздух очищается, и из выхлопной трубы в атмосферу поступает гораздо меньше токсичных веществ.

Если катализатор оплавился или забился, то отработанные газы не могут через него нормально пройти, а это означает, что часть возвращается обратно в камеру сгорания и делает вновь поступившую горючую смесь менее эффективной. Таким образом, мотор душит сам себя.

Катализатор нужно менять довольно часто – каждые 100-150 тысяч км пробега. Именно за это время он успевает полностью исчерпать свой ресурс. Дело в том, что в нем идет химическая реакция, которая связывает определенные соединения из выхлопных газов. Как только активные реагенты заканчиваются, устройство становится бесполезным.

Но кроме этого, есть несколько причин, по которым каталитический нейтрализатор нужно будет заменить, не дожидаясь указанного пробега. Ускоренный износ устройства возможен при таких условиях:

  • Регулярная езда по очень плохим дорогам. Постоянная тряска по камням, ухабам и неровным грунтовкам может приводить к тому, что керамические ячейки просто разбиваются и перестают выполнять свою функцию.
  • Привычка постоянно резко вдавливать педаль газа в пол. В такой ситуации топливная смесь не успевает полностью сгорать, ее остатки также постепенно закупоривают «соты» нейтрализатора.
  • Неполадки в двигателе. Если в самом моторе или системе зажигания есть проблемы, недогоревшее топливо и масло могут попадать в катализатор, забивая мелкие ячейки.
  • Некачественное топливо или различные зимние добавки. В них содержатся примеси свинца и других тяжелых металлов, что сокращает срок жизни очистителя выхлопных газов.
  • Постоянные пробки. Пока авто стоит в заторе, его двигатель все равно работает, соответственно, идет и выхлоп отработанного газа. Ресурс катализатора расходуется быстрее рекомендованного пробега.

Чаще всего катализаторы стоят на авто, которые уже оснащены электронной системой распознавания неполадок. Поэтому при возникновении проблем с катализатором на панели загорится «Check Engine». К тому же, производители встраивают специальные кислородные датчики. Если выхлопные газы перестают очищаться, некоторые машины автоматически перестают запускаться.

Кроме этого, есть еще несколько признаков, по которым можно понять, что нейтрализатор выхлопных газов пора менять. В первую очередь, снизится мощность мотора, машина начнет хуже разгоняться. Появятся проблемы с запуском двигателя «на холодную» и повысится расход топлива. Также может появиться грохот во время старта авто. Все это происходит из-за того, что выхлопные газы не могут нормально выйти через забитую сетку и возвращаются назад в камеру сгорания – двигатель «задыхается».

Удалить и заменить неисправную деталь обязательно нужно после того, как нейтрализатор выхлопных газов исчерпал свой ресурс. Это делается либо после определенного пробега, либо если уже наблюдаются явные признаки его неисправности. Если этого не сделать, авто начнет сильнее расходовать топливо, хуже стартовать и разгоняться, а некоторые модели и вовсе перестанут заводиться. Самый простой выход – просто купить новый катализатор и установить его вместо отработавшего. Но такая деталь стоит дорого из-за содержащихся в ней драгоценных металлов.

Но как быть дальше? Скорее всего, вариант с покупкой новой детали на замену вам не подходит: новый катализатор стоит дорого, но при этом нет никаких гарантий, что он не выйдет из строя также быстро. Учитывая, что в некоторых автомобилях производители устанавливают несколько катализаторов, замена обойдется в круглую сумму, которая сопоставима со стоимостью подержанного автомобиля. Поэтому многие владельцы машин просто ставят обманки и используют пламегасители.

Плюсы и минусы удаления катализатора

Для владельцев машин преимуществ в удалении каталитического нейтрализатора выхлопных газов несколько:

  • не нужно покупать и регулярно менять недолговечную дорогую деталь;
  • возрастает мощность двигателя;
  • снижается расход топлива;
  • уменьшается чувствительность к качеству топлива;
  • мотор не «задыхается» из-за ухудшения отвода выхлопных газов.

Но несмотря на все достоинства удаления катализатора, у этой процедуры есть и ряд недостатков. В первую очередь, ухудшается состав выхлопа, и как результат – более разрушительное действие автомобиля на окружающую среду. А если по какой-то причине выхлопные газы попадают в салон, там может ощущаться неприятный запах.

Если катализатор удален некорректно или же неправильно установлен пламегаситель, на приборной панели могут постоянно гореть сообщения о неисправности двигателя. Кроме того, возникают сложности с техосмотром, а также может появиться неприятный дребезжащий звук во время езды.

В завершении подытожим, что удалять или нет катализатор на вашем автомобиле — дело личное, но если вы решились на данную процедуру, но выбирать для этих работ необходимо сертифицированный автосервис, где специалисты дадут гарантию на выполненные работы, так как нередки случаи, когда автомобиль после удаления ведет себя непривычно, могут появляться ошибки на приборной панели. В таком случае обратиться за устранением этих неполадок можно по гарантии, не доказывая с пеной у рта, что вы уже были здесь и неполадка является следствием некачественной работы.

Что является катализатором в вашем письме? | автор: Iustina Ikert

И как его построить?

Фото Алены Гуменюк на Unsplash

У вас есть авторский рецепт? Искренне приготовленное блюдо, которое вы готовите для своих близких, или когда вам нужна комфортная еда, чтобы успокоить ваш разум и душу? Бьюсь об заклад, вы. Знаете ли вы, что делает ваш рецепт таким особенным, что, когда ваша семья или друзья думают о нем, они мгновенно связывают вас с ним? Это ингредиенты, которые вы добавляете. И, конечно, любовь, можно сказать.

Но, в частности, это один элемент. Одна специя. Один секретный ингредиент, который сочетается со всеми остальными и преображает все блюдо. Единственный катализатор, который раскрывает все остальные вкусы и создает красивое и сбалансированное блюдо.

Нет. У нас нет кулинарных уроков.

Но просто попытка раскрыть один ингредиент — катализатор — в ваших текстах, который выявляет все остальные элементы вашей истории, раскрывая их истинную красоту и силу. Что, если бы вы могли легко определить катализатор в каждой из историй, которые пишете, и очаровать аудиторию красиво сбалансированным содержанием? Было бы замечательно, правда?

Итак, читайте дальше.

Обычно определяется в Словаре Merriam-Webster как «вещество, которое позволяет химической реакции протекать обычно с большей скоростью или в других условиях [..], чем это возможно в противном случае» , катализатор — это элемент, который ускоряет химическую реакцию. реакция, не изменяясь в конце процесса. Не вдаваясь в химию слишком много, катализатор — это элемент, который предлагает альтернативный путь для всех других элементов, чтобы реагировать, преодолевать свое переходное состояние и становиться продуктами.Это один из мощных элементов. Разве вы не сказали? По этой причине этот термин используется не только в химии, но и в других областях.

Определен Wiktionary.org как «провоцирующий инцидент, приводящий в движение последовательный конфликт» , литературный катализатор является одним из наиболее важных элементов в истории. Фактически, без него не было бы истории. Позволь мне объяснить.

Литературный катализатор может принимать разные формы. Вы наверняка заметили это в прочитанных книгах.Иногда это так просто, как встреча двух персонажей, и их встреча навсегда меняет их судьбу и вовлекает в невообразимые приключения. А иногда это загадочное преступление, которое определяет удивительное множество сцен, вовлекая персонажей в серию неожиданных событий.

«Никогда не знаешь, когда одно, казалось бы, несвязанное событие может стать катализатором, запускающим цепочку синхронных событий […]», Андреа Геглейн

Проще говоря, катализатор в истории — это тот момент, который определяет начало действия: начало войны, убийство, встреча, нужный человек в нужном месте или, напротив, не тот человек в неправильном месте.Катализатором не всегда бывает событие. Это также может быть персонаж в вашей истории, который будет влиять на всех других персонажей и продвигать действие вперед. Катализатор может быть как положительный, так и отрицательный. Подумайте о книгах, которые вы читаете. Можете ли вы определить катализатор в этих историях?

Независимо от своей природы, этот элемент навсегда меняет будущее развитие всех других элементов истории. Но, как и в химии, литературный катализатор остается неизменным на протяжении всей истории.Это тот единый элемент, который влияет на персонажей, действия и начало истории.

Просто: да, это так. Все книги, которые вы любили, истории, которые вы лелеяли, ненавидели, обсуждали и рецензировали, были бы ничем без катализатора, который объединял бы их, задавал действие, позволяя им раскрыть всю красоту и сложность своих персонажей. Когда вы пишете художественную литературу или нет, помните об этом центральном элементе и опирайтесь на него.

«Не робей. Вы писатель, используйте свою роль, проверьте ее, сделайте что-нибудь из нее.Настали решающие времена; все переворачивается с ног на голову. Участвуйте, присутствуйте », Елена Ферранте

Катализатор, или иногда называемый провоцирующим инцидентом, запускает и задает течение вашей истории. Все события, которые последуют за этим инцидентом, будут напрямую определяться им. Следовательно, это определяющий элемент вашей истории.

Как правило, существует три типа литературных катализаторов:

Причинная

Когда провоцирующий инцидент состоит из преднамеренного выбора персонажа.

Совпадение

Когда катализатор возникает случайно, случайно и персонаж правильный человек в правильном месте или неправильный человек в неправильном месте .

Неоднозначно

Подстрекательский инцидент открыт для интерпретации, и читателю предоставляется представить его, или катализатор раскрывается на заре истории.

Мы все узнали, что традиционно у истории есть начало, середина и конец.И если мы подумаем об основной драматической структуре, взятой у древних греков, это именно то, что вам нужно.

Но это еще не все.

В середине девятнадцатого века немецкий драматург Густав Фрейтаг определил пятиактную повествовательную структуру, так называемую пирамиду Фрейтага, состоящую из пяти действий:

Exposition

Подстрекательский инцидент / катализатор, который настраивает историю и определяет другие элементы для взаимодействия.

Восходящее действие

Все препятствия, встреченные при попытке разрешить инцидент)

Кульминация

Самая высокая точка напряжения в истории.

Падение

Результат кульминации.

Рассвет

Развязка рассказа.

Как видите, катализатор в истории — это один из важнейших элементов пирамиды, определяющий все развитие истории, а также путь и действия персонажей. Некоторые считают, что он лучше подходит для написания трагедий, другие находят его основу полезной в повседневном сочинении.

Можно сказать, не все из нас пишут художественную литературу.

Действительно.

Тем не менее, универсальность пирамиды Фрейтага позволяет вам в равной степени использовать эту структуру для написания научной литературы. Вкратце, вот как это сделать.

Exposition / Catalyst

Для написания научной литературы катализатором может быть элемент, который зажег искру вашего творчества, или внешний элемент, который создал проблему, над которой нужно действовать, и побудил вас отреагировать. Например, если вы пишете рассказ о времени для писателей, было бы предпочтительнее изложить проблемы, с которыми писатели сталкиваются по этой конкретной теме.

Растущее действие

Это та часть, где вы объясняете, почему ваша история важна для рассмотрения провокационного инцидента в самом начале.

Кульминация

Как вы уже определили « почему?» в вашем рассказе и необходимость обратиться к предмету, теперь настал момент выявить решения, инструменты, ссылки и все, что может быть полезно в решении первоначальной проблемы, которую вы выделили.

Падающее действие

После того, как вы предложите решения, инструменты и подходы к исходному вопросу, вы должны подкрепить свою историю достоверными сведениями, такими как данные, исследования (или что-то еще), которые могут принести вашим читателям ценную информацию.

Рассвет

Заключительный акт вашей истории, когда вы делаете выводы и глубоко общаетесь со своими читателями, снова подчеркивая важность, применимость и необходимость вашей истории в раскрытии провоцирующего инцидента.

Когда вы создаете катализатор в своей истории и, кажется, изо всех сил пытаетесь найти идеальный поворот, неожиданное событие, которое определит вашу историю так, как вы его себе представляли, вы определенно можете использовать другой тип катализаторов.

Катализаторы творчества

Поскольку вам нужна вся помощь во время творчества, есть несколько элементов, которые помогут вам очистить голову и создать настроение письма, а также улучшат процесс письма.

Эти катализаторы творчества призваны оживить ваше творчество. Просто чтобы назвать несколько, вы можете найти себе уютное место для письма, составить контрольные списки для своего прогресса в письме или, если у вас есть творческий блок, просто выполните несколько творческих упражнений (помогает даже рисование — или творческая игра, например, 30 творческих кружков ). Или просто возьмите кофе или немного шоколада. И создайте захватывающий катализатор своей истории.

Основы катализаторов — Chemistry LibreTexts

Гетерогенные катализаторы

Катализатор — это другое вещество, чем продукты-реагенты, добавляемые в реакционную систему для изменения скорости химической реакции, приближающейся к химическому равновесию.Он циклически взаимодействует с реагентами, способствуя, возможно, многим реакциям на атомном или молекулярном уровне, но не расходуется. Еще одна причина использования катализатора заключается в том, что он способствует производству выбранного продукта.

Катализатор изменяет энергию активации, E a , реакции, обеспечивая альтернативный путь для реакции. Скорость и константа скорости k реакции связаны с E a следующим образом:

скорость = k * функция концентрации
k = A exp ( E a / R T )

, где A — константа, связанная с частотой столкновений.Таким образом, изменение в E на изменяет скорость реакции.

Катализатор в той же фазе (обычно жидкий или газовый раствор), что и реагенты и продукты, называется гомогенным катализатором .

Катализатор, который находится в отдельной фазе от реагентов, называется гетерогенным или контактным катализатором . Контактные катализаторы — это материалы, способные адсорбировать молекулы газов или жидкостей на своей поверхности.Примером гетерогенного катализа является использование мелкодисперсной платины для катализа реакции монооксида углерода с кислородом с образованием диоксида углерода. Эта реакция используется в каталитических нейтрализаторах, установленных в автомобилях, для удаления окиси углерода из выхлопных газов.

Промоторы сами по себе не являются катализаторами, но повышают эффективность катализатора. Например, оксид алюминия Al 2 O 3 добавляют к мелкодисперсному железу для увеличения способности железа катализировать образование аммиака из смеси азота и водорода.Яд снижает эффективность катализатора. Например, соединения свинца отравляют способность платины как катализатора. Таким образом, этилированный бензин нельзя использовать в автомобилях, оборудованных каталитическими нейтрализаторами.

Поскольку гетерогенные катализаторы часто используются в высокотемпературных реакциях, они обычно представляют собой тугоплавкие (тугоплавкие) материалы, или же они могут быть нанесены на тугоплавкие материалы, такие как оксид алюминия.

Сегодня разработка катализаторов — это вызов для химиков и инженеров, связанных с эффективным производством, предотвращением загрязнения и обработкой отходов.

Что такое химическое поглощение и как оно способствует химическим реакциям?

Как упоминалось в случае твердых дефектов, твердые поверхности являются двумерными дефектами. Они обладают потенциалом притяжения для молекул газов и жидкости. Адсорбция происходит, когда молекулы притягиваются к поверхности, и когда молекулы проникают через объемный материал, используется термин абсорбция. Абсорбция без образования или разрыва химических связей называется физической абсорбцией или физической сорбцией, тогда как хемосорбция относится к процессам, когда образуются или разрываются новые связи.

Неорганическая химия от Swaddle (стр. 117) дает отличный пример для иллюстрации хемосорбции водорода никелевым катализатором. Энергия связи H 2 составляет 435 кДж / моль. Таким образом, в реакции гидрирования для реакций должна быть доступна энергия:

H 2 -> 2 H, H = 435 кДж

| |
> C = C <+ 2 H -> H-C — C-H
| |

В указанной выше реакции энергия активации E a близка к 435 кДж.Однако, когда водород поглощается никелем, разрыв связи Н-Н облегчается за счет ряда шагов.

2 Ni + H 2 —> 2 Ni … H 2 —-> 2 Ni-H
физическая адсорбция в твердом газе, хемосорбция

Таким образом, энергия активации снижается из-за образования связей Ni-H. Изменение энергии активации изменяет скорость реакции.

При активации O 2 металлом M связь O = O ослабляется или разрывается с помощью следующих шагов:

O = O O — O O O O- O-
| | || || | |
-M — M- ==> -M — M- ==> -M M- ==> -M M-

На этих этапах кислород активируется на разных этапах.

С помощью сложных экспериментальных методов мы можем детально изучить хемосорбированные частицы. Например, хемосорбированный этилен считается этилидиновым радикалом

  H H H
      \ | /
        C
        |
        C
       / | \
    PtPtPtPtPt
Металл Металл Металл
  

Хемосорбированный радикал этилидун.

Какие виды хемосорбции приводят к отравлению катализатора?

Если поглощенные частицы очень стабильны и в процессе хемосорбции выделяется много энергии, поглощенные частицы не реакционноспособны.Их поглощение предотвращает дальнейшее поглощение других частиц, делая катализатор неактивным. Эти явления известны как отравление катализатором.

Яд снижает эффективность катализатора. Тетраэтилсвинец всегда был добавкой к бензину. В целях защиты окружающей среды в автомобилях установлены каталитические нейтрализаторы для окисления окиси углерода и углеводородов. Однако соединения свинца отравляют способность платины как катализатора. Таким образом, этилированный бензин не следует использовать в автомобилях, оборудованных каталитическими нейтрализаторами.

На рынке существует множество типов катализаторов, например, катализатор окисления MIRATECH может также снизить выбросы окиси углерода и углеводородов. Самый распространенный катализатор использует металлическую Pt.

В последнее время возникает озабоченность по поводу снижения содержания серы в бензине и других моторных топливах с целью уменьшения выбросов оксидов серы. Технически соединения серы не являются каталитическими ядами (т.е. они не вызывают необратимого снижения эффективности катализатора).Однако они будут занимать часть поверхности драгоценного металла, тем самым снижая активную конверсию выхлопных газов до тех пор, пока сера снова не будет десорбироваться с участков драгоценного металла (краткосрочный эффект).

Как переходные металлы выбираются в качестве катализаторов?

Первые переходные металлы представлены этими металлами.

Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu и Zn

Типичными общими чертами среди них являются наличие d электронов, а во многих из них и их незаполненных d орбиталей.В результате переходные металлы образуют соединения с переменной степенью окисления. Таким образом, эти металлы представляют собой банков электронов, которые ссужают электроны в соответствующее время и хранят их для химических веществ в другое время.

Переходные металлы используются в реакциях гидрирования , упомянутых ранее. Эти реакции представлены

| |
> C = C <+ 2 H -> H-C — C-H
| |

Например, гидрирование ненасыщенного масла при производстве маргарина является таким приложением.Специальные катализаторы, такие как ICT-3-25-P, изготавливаются из палладия, нанесенного на специальный широкопористый углеродный носитель «Сибунит».

Другими процессами, катализируемыми переходными металлами, являются окислительно-восстановительные реакции:

NH 3 + 5/4 O 2 = NO + H 2 O
2 CO + O 2 = 2 CO 2

Окисление CO происходит в каталитических нейтрализаторах, платина часто, но не всегда, используется в них в качестве катализатора. На представленном здесь изображении показан двойной каталитический нейтрализатор, показывающий путь прохождения газа.

Для большинства переходных металлов, кроме золота, хемосорбционная сила соответствует общей последовательности для газообразных реагентов:

O 2 > алкины> алкены> CO> H 2 > CO 2 > N 2

Хемосорбционная сила также зависит от металлов. В общем, хемосорбция наиболее сильна для металлов слева, а для переходных металлов она уменьшается с увеличением атомного номера:

Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg

Хемосорбция слишком сильна для групп Sc, Ti, V, Cr и Mn, и эти металлы не являются эффективными катализаторами.

  • Fe, Ru и Os прочно хемосорбируют большинство газов и почти не хемосорбируют N 2 .
  • Прочность Chemisorb для Co и Ni ниже, чем для группы Fe. Их абсорбция для CO 2 и H 2 очень слабая.
  • Rh, Pd, Ir и Pt почти не хемосорбируют H 2 , но не CO 2 .
  • Cu, Ag, почти не хемосорбируют CO и этилен.

Эти относительные силы хемосорбции позволяют нам сделать некоторые простые прогнозы относительно их способности действовать как катализаторы конкретных реакций.Например, катализатор процесса Габера по производству аммиака должен хемосорбировать азот. Можно рассмотреть железо, рутений или осмий.

Для реакций гидрирования катализатор должен хемосорбировать H 2 . Подходят металлы Co, Rh, Ir, Ni, Pd и Pt. Доступность и стоимость являются дополнительными факторами, которые необходимо учитывать. Учитывая все обстоятельства, никель — действительно хороший выбор.

Эти руководящие принципы очень грубые, и каждый случай требует тщательного изучения. К счастью, многие катализаторы коммерчески доступны.Многие компании оставляют исследования и разработки катализаторов.

Что такое синтез-газы и как их готовят?

Синтез-газ — это общий термин, используемый для обозначения синтетических газов, пригодных в качестве топлива или для производства жидкого топлива. Часто это смесь H 2 и CO, и эта смесь может быть превращена в метанол, CH 3 OH. Хорошо известными катализаторами являются Pt и Rh, но для производства синтез-газа также используются другие технологии, такие как мембраны.

Выбор катализатора важен в промышленных производствах.Например, использование родия или платины в качестве катализаторов показало, что распределение продуктов сильно различается при использовании метана или этана.

CH 4 (65%) + O 2 (35%) — Rh -> H 2 (60%) + CO (30%) + CO 2 (2%) + H 2 ) (5%)

При использовании платины было получено больше нежелательных продуктов H 2 O и CO 2 . Swaddle описал разницу между использованием этих двух металлов в качестве катализаторов ( Неорганическая химия, , стр. 120), но когда дело доходит до применения, требуется гораздо больше деталей.Эти данные свидетельствуют о том, что небольшое различие в хемосорбции приводит к очень разным результатам.

Почему металлические кластеры будут отличным потенциальным катализатором?

Площадь поверхности на единицу веса является важным фактором, когда твердые вещества используются в качестве катализаторов. Есть много исследований, связанных с изучением площади поверхности твердых частиц металлов. Разработаны различные методы измерения площади поверхности твердых материалов. Одним из таких методов является определение площади поверхности по адсорбции газа.

Кластеры — это металлические частицы предельного размера, каждая из которых состоит всего из нескольких атомов. Нет необходимости строго определять количество атомов в частицах, которые можно назвать кластерами, но общее мнение таково, что когда количество атомов на поверхности частицы больше, чем количество атомов во внутренней части , частица — это кластер . Таким образом, кластер может иметь всего от 3 атомов до нескольких десятков атомов.

Кстати, термин кластер использовался и в других областях исследований.Например, в металлоорганической химии соединения, в которых несколько металлов связаны вместе связями металл-металл, также называются металлическими кластерами. К этой категории относятся многие карбонильные соединения. Например,

Co 2 (u-CO) 2 (CO) 6 , (u-CO означает мостиковый CO между двумя атомами металла)
Mn 2 (CO) 10
Fe 3 (CO ) 12
Co 4 (CO) 12
Rh 4 (CO) 12
CFe 5 (CO) 15
Rh 6 (CO) 16 6 (CO) 18

Карбонилы металлов исследовались как гомогенные катализаторы.Они упомянуты здесь, чтобы вы могли оценить их использование в другой литературе.

Вся каталитическая активность происходит на поверхности, потому что поверхностные атомы имеют склонность к хемосорбции молекул газа. Таким образом, кластеры, естественно, будут отличными потенциальными катализаторами. Таким образом, исследование гетерогенных катализаторов может включать изучение химии кластерных ионов металлов и инкапсулированных кластеров серебра в качестве катализаторов окисления. Кластеры могут быть получены путем осаждения из паровой фазы.Название этой ссылки звучит очень интересно: Химия паров атомов металлов: область ждет своего прорыва.

Являются ли нестехиометрические оксиды потенциальными катализаторами окислительно-восстановительных реакций?

Благодаря своей способности иметь различную степень окисления, переходные металлы образуют нестехиометрические оксиды, и они обладают отличным потенциалом для реакций окисления и восстановления (окислительно-восстановительных), поскольку они могут как отдавать, так и принимать электроны.

M n + => M (n + 1) + + e
M (n + 1) + + e => M n +

Кроме того, они напоминают металлы и катализируют реакции гидрирования и изомеризации.

Оксид металла p-типа имеет избыточные положительные заряды в твердом теле, и они могут адсорбировать кислород с образованием таких анионов, как O , O 2-, O 2 и O 2 2- на их поверхности. Оксид никеля является таким оксидом. Оказалось, что наиболее активными являются адсорбированные формы O ,

O 2 (г) + 2 Ni 2+ => 2 O (реклама) + 2 Ni 3+
2 O (реклама) + 2 CO (реклама) => 2 CO 2 + 2 e
2 Ni 3+ + 2 e => 2 Ni 2+

Когда оксид отдает кислород, электроны остаются, и отрицательный заряд в нем делает его оксидом n-типа .Оксид цинка является таким оксидом n-типа , и механизм реакции можно представить следующим образом:

CO (г) + 2 O 2- (решетка) => CO 3 2- (решетка) + 2 e
0,5 O 2 + 2 e => O 2-
CO 3 2- (решетка) = CO 2 + O 2- (решетка)

Общая реакция —

CO + 0,5 O 2 => CO 2

На этих первичных этапах кислород потребляется посредством адсорбции на твердом теле.

Сульфид, такой как MoS 2 , может терять атомы серы, чтобы стать твердым телом n-типа , Mo 1 + x S 2 или получить атом серы, чтобы стать твердым Мо p-типа 1-x S 2 , в зависимости от давления пара S 2 газа, окружающего твердое тело. Путем легирования MoS 2 оксидом может также сделать его твердым телом p-типа для катализатора.

Одним из полезных применений MoS 2 в качестве катализатора является снижение содержания серы в бензине.Например, циклический тиофен C 4 H 4 S может быть преобразован в углеводород с использованием p-типа MoS 2 ,

C 4 H 4 S + 4 H 2 == p-образный MoS 2 ==> C 4 H 10 + H 2 S

Это достигается с помощью обычного промышленного катализатора гидрообессеривания, который может содержать 14% МоО 3 и 3% СоО на носителе из оксида алюминия.

Какой тип катализатора можно сделать из стехиометрических оксидов?

Хорошо известно, что оксиды металлов растворяются в воде с образованием основных растворов, тогда как неметаллические оксиды растворяются в воде с образованием кислых растворов.Некоторые оксиды металлов, такие как Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 и т. Д., Растворяются в сильных кислотах и ​​основаниях. Таким образом, мы можем разделить оксиды на кислотные и основные оксиды для каталитической активности.

Кислые оксиды

Кислые оксиды, такие как Al 2 O 3 и SiO 2 , катализируют реакции дегидратации, такие как

R-CH 2 CH 2 OH (г) == (Al 2 O 3 , 600 K) ==> R-CH = CH 2

Если мы рассматриваем оксид как кислоту Льюиса, он адсорбирует группу ОН, облегчая реакцию на следующих стадиях.

R-CH 2 CH 2 OH (г) => R-CH 2 -CH 2 + + OH (адсорбированный)
R-CH 2 -CH 2 + => R-CH + -CH 3
R-CH + -CH 3 + OH (адсорбированный) => R-CH = CH 2 + H 2 O

Цеолиты, которые являются алюмосиликатами, действуют как кислотные катализаторы. Они также катализируют изомеризацию, крекинг, алкилирование и другие органические реакции.

Основные оксиды

Основные оксиды, такие как MgO и ZrO, благоприятствуют реакциям с участием анионных частиц . Когда протон H + адсорбируется на поверхности, близкой к иону O 2- в оксиде металла, образуется группа OH , оставляя органической молекуле отрицательный заряд.

CH 3 -CH 2 -CN + MO (твердый) => -CH 2 -CH 2 CN + M-OH + (твердый)
=> CH 2 = CH- CN + MOH 2 (твердый)
= + кислород => CH 2 = CH-CN + MO (твердый) + H 2 O (продукт)

Общая реакция представляет собой избирательное окисление

CH 3 -CH 2 -CN + MO (твердый) + 0.5 O 2 => CH 2 = CH-CN + MO (твердый) + 0,5 H 2 O

Окисление устраняет два атома водорода на молекулу в процессе, и предлагаемый механизм предполагает двухэтапный процесс удаления.

Смеси основных оксидов использовались в качестве катализаторов в окислительной реакции сочетания метана. В некоторых случаях для такого применения разрабатываются специальные реакторы и катализаторы. TAP Reactor — одно из таких приложений. В данном случае использовались цеолиты.

Что такое фотокаталитические реакции?

Реакции, вызванные фотонами, пучками энергии излучения, называются фотолизом. Фотокаталитические реакции подразумевают фотолиз в присутствии катализатора. Однако в большинстве случаев катализаторы являются полупроводниками, а реакции представляют собой реакции фотолиза с участием полупроводников. В этом аспекте фотокатализатор выполняет несколько иную функцию, чем те, что используются в термохимическом процессе.

Моделирование ниже показывает, что когда желтый луч попадает на полупроводник TiO 2 , электроны возбуждаются из зоны валанса в зону проводимости.Ширина запрещенной зоны составляет 3,2 В. Возбужденный электрон способствует образованию H 2 . Дырки отбирают электроны от групп ОН , превращая их в активные радикалы ОН. Радикалы распадаются с образованием O 2 или реагируют с CHCl 3 , превращая его в безвредный CO 2 , H + и Cl . Это моделирование фотокатализаторов подготовлено японской группой, и оно довольно хорошо иллюстрирует концепцию. На самом деле процесс довольно сложный.

При фоторазложении воды возбужденные электроны реагируют с ионами (протонами) водорода

2 H + + 2 e = H 2
2 OH + 2 e + (отверстие) = H 2 O + 0,5 O 2

Таким образом, продукты H 2 и O 2 являются потенциальным топливом для снабжения энергией, особенно для топливных элементов.

В качестве другого примера фторборная кислота используется в гальванике и отделке металлов.Для очистки сточных вод этих производств требуется удаление борной кислоты. Существующие методы адсорбции, коагуляции, осаждения не работают. Таким образом, было изучено фотокаталитическое разложение фторборной кислоты, которое показало, что TiO 2 достаточно эффективен при легировании оксидами Cr и Fe. Приведенная выше ссылка показывает, что легирование Cr или Fe резко увеличивает активность. Более того, 0,5 мас.% Cr / TiO2 и 1,0 мас.% Fe / TiO2 показали максимальную активность 61% и 41% соответственно.

Недавно в новостной статье появилось привлекательное заявление о внутреннем воздухоочистителе. Подумайте сами, стоит ли это исследовать.

Пример 1

Энергетическая щель TiO 2 составляет 3,2 В. Какова частота фотонов, энергии которых достаточно для возбуждения электронов из ковалентной зоны TiO 2 в зону проводимости?

Раствор
Энергия возбуждения электрона до 3,2 В составляет 3,2 эВ.

1.6022e-19 Дж 1
3,2 эВ ————- ————- = 7,74e14 Гц
1 эВ 6,626e-34 Дж с

ОБСУЖДЕНИЕ
Длина волны этих фотонов

3e8 м / с
——— = 387e9 м (или 387 нм)
7,74 / с

Эти фотоны находятся в видимом диапазоне 350-700 нм.

Пример 2

Моль фотонов называется эйнштейном. Сколько энергии в Дж соответствует эйнштейну фотонов, описанных в Примере 1.

Раствор
Энергия

1.6022e-19 Дж 6.022e23
3,2 эВ ————— ————- = 308000 Дж = 308 кДж
1 эВ 1 фотон

ОБСУЖДЕНИЕ
Когда мы обсуждали энергию Гиббса, мы узнали, что энтальпия образования для H 2 O составляет -285,83 кДж. Это означает, что нам нужно минимум 286 кДж для разложения воды. Таким образом, 1 эйнштейн фотонов имеет больше энергии, чтобы разложить моль воды, чем минимум.Однако для разложения воды требуется перенапряжение. Оксид титана смешивают с металлической платиной и оксидом рутения для облегчения образования пузырьков в этом процессе. (См. Неорганическая химия Swaddle (стр. 125).

Catalyst — New World Encyclopedia

Каталитический преобразователь на Saab 9-5.

Для химической реакции требуется определенное минимальное количество энергии, называемое энергией активации . Если вещество может снизить эту энергию активации без изменения или потребления в ходе реакции, оно называется катализатором или катализатором .Действие катализатора называется катализ .

Катализатор снижает энергию активации, обеспечивая альтернативный путь протекания реакции. При этом каталитический агент заставляет реакцию протекать быстрее и при более низкой температуре, чем некаталитическая реакция. Кроме того, если данная реакция может давать множество продуктов, катализатор может помочь направить реакцию на образование определенной подгруппы продуктов.

Катализаторы играют важную роль в биологических системах и промышленных процессах.В живых организмах ферменты катализируют многочисленные биохимические реакции, поддерживающие жизнь, и участвуют в росте и репродуктивных функциях. В промышленности катализаторы используются в широком спектре производственных процессов, включая производство аммиака, серной кислоты, полимеров и заменителей нефтепродуктов. В промышленно развитых странах, пожалуй, наиболее известным примером использования катализаторов является каталитический нейтрализатор — устройство, разрушающее вредные вещества в выхлопных газах автомобилей.Исследования катализа и использования катализаторов продолжают оставаться в центре внимания многих исследователей в чистых и прикладных науках.

В более общем смысле термин катализатор может применяться к любому агенту (включая человека или группу), который вызывает ускоренное изменение. Например, кого-то можно назвать «катализатором политических перемен».

История и этимология

Термин катализ был введен в употребление в 1835 году Йенсом Якобом Берцелиусом, который отметил, что некоторые химические вещества ускоряют реакцию.Слово происходит от греческого существительного κατάλυσις, связанного с глаголом καταλύειν, означающим «растворяться», «аннулировать», «развязывать» или «поднимать».

Примерно в то же время химик Александр Мичерлих упомянул «контактные процессы», а Иоганн Вольфганг Доберейнер говорил о «контактном действии». Доберейнер работал над использованием платины в качестве катализатора и изобрел зажигалку, которая зажигалась под действием водорода на платиновую губку. Эта зажигалка, получившая название лампы Дёберейнера, имела огромный коммерческий успех в 1820-х годах.

Общий каталитический процесс

Катализатор участвует в одной или нескольких стадиях реакции, но обычно он не является реагентом или продуктом общей реакции, которую он катализирует. Исключением из этого правила является процесс, известный как автокатализ , в котором продукт реакции действует как катализатор реакции. Вещество, подавляющее действие катализатора, называется ингибитором ; тот, который ускоряет действие катализатора, называется промотором .

Катализатор может реагировать с одним или несколькими реагентами с образованием промежуточного химического соединения, которое впоследствии вступает в реакцию с образованием конечного продукта реакции. В общем процессе катализатор регенерируется. В качестве альтернативы катализатор может обеспечивать поверхность, с которой связываются реагенты, облегчая их реакцию, сближая их. Образующиеся продукты высвобождаются из катализатора.

Рассмотрим следующую схему реакции, в которой C представляет собой катализатор, A и B являются реагентами, а D является продуктом реакции A и B.

A + C → AC (1)
B + AC → ABC (2)
ABC → CD (3)
CD → C + D (4)

Здесь катализатор (C) расходуется на реакцию на первой стадии, но регенерируется на четвертой стадии. Таким образом, общую реакцию можно записать как:

A + B + C → D + C

Типы катализаторов

Катализаторы могут быть гетерогенными или гомогенными. Биологические катализаторы (или биокатализаторы) часто выделяют в отдельную группу.

Гетерогенный катализатор — это катализатор, который находится в фазе, отличной от фазы реагентов. Например, твердый катализатор можно использовать в жидкой реакционной смеси. С другой стороны, гомогенный катализатор находится в той же фазе, что и реагенты. Например, катализатор может быть растворен в жидкой реакционной смеси.

Катализаторы гетерогенные

Простая модель гетерогенного катализа включает катализатор, обеспечивающий поверхность, на которой реагенты (или субстраты) временно адсорбируются. [1] Химические связи в субстрате становятся достаточно ослабленными для образования новых. По мере того как продукты образуются, они относительно слабо связываются с катализатором и, следовательно, высвобождаются. Известны различные возможные механизмы реакций на поверхностях в зависимости от того, как происходит адсорбция.

Например, рассмотрим процесс Габера по производству аммиака из азота и водорода. В этом случае мелкодисперсное железо действует как гетерогенный катализатор. Поскольку молекулы реагента (водород и азот) связываются с катализатором, этот процесс связывания имеет два эффекта: во-первых, молекулы сближаются ближе, чем они были бы в газовой фазе; во-вторых, их внутренние связи ослаблены.Таким образом, катализатор позволяет молекулам реагента реагировать быстрее, чем если бы они оставались в газовой фазе.

Катализаторы гомогенные

При гомогенном катализе сам катализатор может быть преобразован на ранней стадии реакции, и он регенерируется к концу реакции. Примером может служить разложение озона свободными радикалами хлора (свободными атомами хлора). Свободные радикалы хлора образуются под действием ультрафиолетового излучения на хлорфторуглероды (ХФУ).Эти свободные радикалы реагируют с озоном с образованием молекул кислорода, а свободные радикалы хлора регенерируются. Вот некоторые из простейших реакций.

Cl + O 3 → ClO + O 2
ClO + O 3 → Cl + 2 O 2

22 909 Биологические катализаторы

В природе ферменты являются катализаторами биохимических реакций, протекающих в живых организмах.Большинство ферментов представляют собой белки, но некоторые ферменты, называемые рибозимами , состоят из РНК. Было обнаружено, что некоторые молекулы ДНК, называемые дезоксирибозимами , обладают каталитической активностью. Кроме того, некоторые антитела, обычно полученные искусственно, обладают каталитической активностью и называются абзимами .

Энергетика реакций

Катализаторы

работают, обеспечивая альтернативный механизм химической реакции — механизм, который снижает энергию активации по сравнению с некаталитической реакцией.Это означает, что катализаторы уменьшают количество энергии, необходимое для начала химической реакции. Кроме того, «переходное состояние» (нестабильный переходный промежуточный продукт), образованное реагентами во время каталитической реакции, обычно отличается от того, которое образуется во время некаталитической реакции.

Диаграмма энергетического профиля справа показывает, что каталитический путь (красный) имеет более низкую энергию активации, чем некаталитический путь (синий). Кроме того, это показывает, что чистое изменение энергии для всей реакции одинаково, независимо от того, используется ли катализатор или нет.

Таким образом, катализаторы могут позволить реакциям протекать с гораздо большей скоростью, или определенными способами, или при более низких температурах. Кроме того, некоторые реакции протекают только в присутствии катализатора.

Катализаторы не могут вызвать энергетически неблагоприятные реакции. Они влияют на химическое равновесие реакции, потому что на скорости прямой и обратной реакций в равной степени влияет катализатор.

Производной единицей измерения «каталитической активности» катализатора в системе СИ является катал (моль в секунду).В биохимии каталитическая активность фермента измеряется в единицах фермента.

Активность катализатора также можно описать с помощью оборотного числа (TON). В энзимологии число оборотов определяется как максимальное количество молей субстрата, которое фермент может преобразовать в продукт на один каталитический сайт (фермента) в единицу времени. В других областях химии число оборачиваемости (TON) определяется как количество молей субстрата, которое моль катализатора может преобразовать до того, как катализатор станет инактивированным.Термин частота оборота (TOF) используется для обозначения оборота в единицу времени, как в энзимологии.

Отравление катализатора

Катализатор может быть отравлен, если другое соединение (подобное ингибитору) изменяет его химически или связывается с ним, но не высвобождает его. Такие взаимодействия эффективно разрушают полезность катализатора, поскольку он больше не может участвовать в реакции, которую он должен был катализировать. Обычными каталитическими ядами являются свинец, сера, цинк, марганец и фосфор.

Приложения

По некоторым оценкам, 60% всех промышленных химических продуктов требуют катализаторов на той или иной стадии в процессе их производства. [2] Наиболее эффективными катализаторами обычно являются переходные металлы или комплексы переходных металлов.

Каталитический нейтрализатор автомобиля — хорошо известный пример использования катализаторов. В этом устройстве в качестве катализаторов могут использоваться платина, палладий или родий, поскольку они помогают разрушать некоторые из наиболее вредных побочных продуктов выхлопных газов автомобилей.«Трехкомпонентный» каталитический нейтрализатор выполняет три задачи: (а) восстановление оксидов азота до азота и кислорода; (б) окисление монооксида углерода до диоксида углерода; и (c) окисление несгоревших углеводородов до диоксида углерода и воды.

Ниже приведены другие примеры катализаторов и их применения.

  • Массовое производство полимера, такого как полиэтилен или полипропилен, катализируется агентом, известным как катализатор Циглера-Натта, который основан на хлориде титана и соединениях алкилалюминия.
  • Оксид ванадия (V) представляет собой катализатор для производства серной кислоты в высоких концентрациях методом, известным как контактный процесс .
  • Глинозем и диоксид кремния являются катализаторами расщепления больших молекул углеводорода на более простые — процесса, известного как крекинг .
  • Ряд ферментов используется для химических превращений органических соединений. Эти ферменты называются биокатализаторами , а их действие называется биокатализом .
  • Электроды топливного элемента покрыты катализатором, таким как платина, палладий или наноразмерный порошок железа.
  • Процесс Фишера-Тропша — это химическая реакция, в которой окись углерода и водород превращаются в жидкие углеводороды в присутствии катализаторов на основе железа и кобальта. Этот процесс в основном используется для производства синтетического нефтяного заменителя топлива или смазочного масла.
  • Реакции гидрирования, которые включают добавление водорода к органическим соединениям, таким как алкены или альдегиды, требуют катализатора, такого как платина, палладий, родий или рутений.
  • Ряд химических реакций катализируется кислотами или основаниями.

См. Также

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

  1. ↑ Обратите внимание, что термин «адсорбция» означает связывание с поверхностью вещества. В этом случае реагенты связываются с поверхностью катализатора.
  2. ↑ «Признание лучших в инновациях: прорывный катализатор», R&D Magazine , сентябрь 2005 г., стр. 20.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 17 января 2017 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света писателей и редакторов переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа.Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в энциклопедию Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Определение катализатора

Что такое катализатор?

На фондовых рынках катализатором является событие или другие новости, которые резко повышают или понижают цену ценной бумаги.

Катализатором может быть что угодно: отчет о прибылях и убытках, аналитика, объявление о новом продукте, законодательный акт, судебный процесс, начало войны, предложение о покупке компании, шаг инвестора-активиста, комментарий от генеральный директор или правительственный чиновник, или заметное отсутствие должностного лица компании на специальном мероприятии.

Ключевые выводы

  • Катализатором на рынках может быть все, что приводит к резкому изменению текущего ценового тренда акции.
  • Наиболее распространенные катализаторы приходят в виде новой, часто неожиданной информации, которая заставляет рынок переоценивать деловые перспективы компании.
  • Некоторые инвесторы и трейдеры ищут катализаторы для создания краткосрочных рыночных возможностей для получения прибыли.

Общие сведения о катализаторах

В финансовых СМИ катализатором является все, что вызывает резкое изменение текущей тенденции акций. Это могут быть негативные новости, которые сбивают с толку инвесторов и прерывают восходящий импульс, или хорошие новости, которые выталкивают акции из депрессивного состояния.Поскольку катализатор может принимать любое количество форм, лучше привести конкретный пример.

25 августа 2015 года индекс S&P 500 достиг минимума за календарный год 1867,61, , на 12,51% ниже своего дневного максимума 2134,72, который он достиг 20 мая того же года. Падение, начавшееся на прошлой неделе и начавшееся 24 августа, было самым резким с 2011 года и привело к падению ряда ценных бумаг из-за явной паники. Nike (NKE) была одной из них: закрылась на уровне 114 долларов.98 17 августа, 24 августа она достигла 94,50 доллара.

Тем не менее, бизнес был таким же стабильным, как и прежде, и почти восстановился к закрытию рынка 24 сентября, достигнув 114,79 доллара. На следующий день компания сообщила о квартальной прибыли, которая превзошла ожидания, и акции взлетели до внутридневного максимума в 125 долларов. Другими словами, катализатор неожиданной прибыли привел к росту цены акций Nike на 9,71% менее чем за 24 часа (и на 33,27% чуть более чем за месяц), несмотря на ужасные рыночные условия.

Изменение произошло из-за новой информации и, как следствие, изменения в восприятии инвесторов, а не из-за того, что цена Nike в пятницу была на 109,71% меньше, чем в четверг, или на 133,27% меньше, чем месяц назад.

Важность катализаторов для разных инвесторов

Инвесторы будут приписывать катализаторам разный уровень важности в зависимости от их рыночной философии. Инвесторы с чистой стоимостью полностью игнорируют катализаторы и вместо этого ищут операционную эффективность, целенаправленное управление, разумную оценку и сильные позиции на рынке.Для этих инвесторов катализаторы — приятные сюрпризы , если предположить, что они были правы в своей оценке компании , либо предоставляя возможность дешево создать позицию (в случае падения цен), либо осознавая ценность, которую они увидели. все время (в случае роста цен).

Между тем, инвесторы, использующие чистый импульс, будут внимательно следить за катализаторами или их влиянием на цены, пытаясь первыми распознать их такими, какие они есть, и купить в случае бычьего разворота или отклониться от медвежьего.В действительности, очень немногие инвесторы относятся к тому или иному типу, но попадают где-то в спектре стоимости-импульса.

Инвестор может сосредоточиться в первую очередь на фундаментальных показателях компании, но признать, что для реализации этой ценности потребуется катализатор. Они могут серьезно подумать о том, что может быть этим катализатором, не отрывая глаз от новых продуктов и состояния рынков, на которых работает компания.

В то же время основная масса активных инвесторов будет иметь некоторое представление о том, какие компании могут быть недооценены или которые существуют вне поля зрения основного рынка.Они составят список для наблюдения и выработают представление о том, какие новости могут спровоцировать движение цен, а не быть провальными катализаторами.

Те, кто хочет узнать больше о катализаторах и других финансовых вопросах, могут захотеть записаться на один из лучших доступных в настоящее время курсов по инвестированию.

На пути к лучшему катализатору

Платформа

оптимизирует конструкцию новых настраиваемых каталитических систем

Лия Берроуз, SEAS Communications

(КЕМБРИДЖ, Массачусетс.) — В конце 1700-х годов шотландский химик по имени Элизабет Фулхэм обнаружила, что определенные химические реакции происходят только в присутствии воды и что в конце этих реакций количество воды не истощается. Фулхейм был первым ученым, продемонстрировавшим силу катализатора — материала, который может ускорять химическую реакцию, но не поглощается ею.

Институт Висса разрабатывает новый тип покрытия для каталитических нейтрализаторов, который, вдохновленный наноразмерной структурой крыла бабочки, может значительно снизить стоимость и улучшить характеристики технологий очистки воздуха, делая их более доступными для всех.Фото: Институт Висса при Гарвардском университете

Двести лет спустя катализаторы стали одним из двигателей современной жизни. Химическая промышленность использует катализаторы для 90% своих процессов — от очистки нефти, превращения нефти в пластик и производства удобрений, пищевых продуктов и лекарств до очистки воздуха от вредных загрязняющих веществ, выбрасываемых автомобилями и заводами.

Разработка каталитических систем для такого широкого спектра применений — большая проблема. Катализаторы необходимо интегрировать в системы, охватывающие широкий диапазон размеров, форм и составов материалов, и контролировать множество химических реакций в самых разных условиях.Кроме того, в большинстве специализированных катализаторов используются редкие и дорогие металлы, такие как платина, палладий и родий, нанесенные на металлические или оксидные матрицы с большой площадью поверхности.

Теперь группа исследователей из Института Висса при Гарвардском университете и Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) разработала и протестировала новый подход к оптимизации конструкции настраиваемых каталитических систем.

Исследование, проведенное Джоанной Айзенберг, членом основного факультета Института Висс, описано в серии статей, опубликованных в журналах Advanced Materials , Advanced Functional Materials и Chemistry — A European Journal .Айзенберг также является профессором Эми Смит Берилсон по материаловедению и профессором химии и химической биологии.

Компания Nature провела миллиарды лет исследований и разработок, направленных на совершенствование конструкции каталитических систем.

Таня Ширман

Одна из самых больших проблем при разработке эффективных катализаторов — это создание наноструктурированных пористых твердых частиц, на которых и в которых протекают реакции. В течение долгого времени исследования Айзенберга были сосредоточены на изучении сложных природных микро- и наноструктурированных материалов, таких как радужные опалы или крылья бабочки, а также на выяснении способов, которыми биология контролирует химию и морфологию своих наноразмерных строительных блоков.Вдохновленная естественными процессами, команда исследователей разработала методологию создания совершенных, высокоупорядоченных, опалоподобных микроматериалов для широкого спектра каталитических и фотокаталитических реакций.

Для создания этих структур исследователи ввели метод совместной сборки, при котором крошечные сферические частицы и предшественники матрицы одновременно осаждаются из единой смеси для получения бездефектных пленок в сантиметровом масштабе. Исследователи продемонстрировали этот процесс с помощью широко используемых каталитических материалов, в том числе диоксида титана, оксида алюминия и диоксида циркония, включающих различные моно- и мультиметаллические наночастицы.

«Распространение этой методологии на небиологические кристаллические материалы приведет к созданию микромасштабных архитектур с улучшенными фотонными, электронными и каталитическими свойствами», — сказала соавтор Таня Ширман, научный сотрудник по развитию технологий в Институте Висса и научный сотрудник SEAS.

При разработке самих каталитических частиц исследователи также обратились к природе, используя для вдохновения биокатализаторы, такие как ферменты. В биологических системах наноразмерные каталитические материалы прикрепляются к более крупным объектам, таким как белки и клетки, которые самоорганизуются, образуя более крупные сети точно спроектированных каталитических центров.

Новая технология основана на наноструктуре крыла бабочки, которое является пористым, отталкивает воду и преломляет свет. Предоставлено: Shutterstock / Ondrej Prosicky

. «У природы миллиарды лет исследований и разработок, направленных на совершенствование конструкции каталитических систем», — сказала Таня Ширман. «В результате они невероятно эффективны и позволяют координировать и настраивать сложные реакции за счет оптимального расположения каталитических комплексов».

Исследователи имитировали иерархическую архитектуру природных катализаторов, разработав высокомодульную платформу, которая строит сложные катализаторы из органических коллоидов и неорганических каталитических наночастиц.Команда может контролировать все, от состава, размера и размещения каталитических наночастиц до размера, формы и связности коллоидов, а также общей формы и структуры сети. Полученные каталитические системы используют значительно меньшее количество драгоценных металлов, чем существующие катализаторы.

«Драгоценный металл — очень ограниченный ресурс», — сказал соавтор Элайджа Ширман, научный сотрудник Института Висса и SEAS. «Оптимизируя конструкцию и сводя к минимуму количество драгоценных металлов, используемых в каталитических системах, мы можем создавать более устойчивые катализаторы в целом и использовать каталитические материалы способами, которые в настоящее время недоступны.”

Метод относительно прост: во-первых, каталитические наночастицы прикрепляются к коллоидам посредством различных видов химических и физических связей. Покрытые наночастицами коллоиды затем помещают в раствор предшественника матрицы и дают возможность самоорганизоваться в желаемый узор, который можно контролировать, ограничивая сборку определенной формой. Наконец, коллоиды удаляются, так что образуется структурированная сеть, украшенная наночастицами, частично внедренными внутри матрицы.Эта иерархическая пористая архитектура с прочно прикрепленными каталитическими центрами максимизирует площадь поверхности для каталитической реакции и повышает надежность катализатора.

«Наша синтетическая платформа позволяет нам взять компоненты сборки и сформировать полностью взаимосвязанную, высокоупорядоченную пористую микроархитектуру, в которую уникальным образом включены каталитические наночастицы», — сказала Таня Ширман. «Это обеспечивает исключительную механическую, термическую и химическую стабильность, а также большую площадь поверхности и полную доступность для диффундирующих реагентов.”

Архитектура, напоминающая крыло бабочки, позволяет размещать катализаторы из драгоценных металлов (белый цвет) на пористом каркасе (серый цвет), чтобы каталитическая реакция была намного более эффективной и рентабельной. Фото: Институт Висса при Гарвардском университете

«Технология, разработанная в моей лаборатории, особенно многообещающа для преодоления разрыва между современными исследованиями и разработками и реальными приложениями», — сказал Айзенберг. «Благодаря модульной конструкции и возможности настройки, эта структура может использоваться в различных областях, от синтеза важных химических продуктов до борьбы с загрязнением окружающей среды.Наши результаты ясно показывают, что теперь мы можем создавать лучшие катализаторы, использовать меньше драгоценных металлов и улучшать известные каталитические процессы ».

Эта технология в настоящее время проверяется и разрабатывается для коммерциализации Институтом Висса.

Команда

Айзенберга в настоящее время сосредоточена на разработке катализаторов следующего поколения для ряда приложений — от технологий чистого воздуха и каталитических преобразователей до усовершенствованных электродов для каталитических топливных элементов — в надежде вскоре протестировать свои разработки в реальных системах.

Команда недавно заняла второе место в конкурсе инноваций президента Гарварда, который определяет и продвигает перспективные технологические предприятия, которые могут оказать существенное влияние на общество и окружающую среду.

Соавтором исследования является Синтия Френд, доктор философии, профессор химии Теодора Уильяма Ричардса и профессор материаловедения в SEAS; Анна В. Шнейдман, доктор философии, научный сотрудник группы Айзенберга; Элисон Гринталь, научный сотрудник группы Айзенберга; Кэтрин Р.Филлипс, аспирант группы Айзенберга; бывшие студенты группы Айзенберга Хейли Уилан, Эли Балджер, Маркус Абрамович, Джатин Патил и Рошель Неварес; Тереза ​​М. Кей, бывший научный сотрудник группы Айзенберга; Докторанты группы Friend Джудит Латтимер, доктор философии, Матильда Луно, доктор философии, и Кристиан Рис, доктор философии; Майкл Айзенберг, доктор философии, старший научный сотрудник Института Висс; и Роберт Мэдикс, доктор философии, старший научный сотрудник SEAS.

Эта работа была поддержана программой National Science Foundation Designing Materials to Revolution and Engineer Our Future, Интегрированной мезомасштабной архитектурой для устойчивого катализа и Исследовательским центром Energy Frontier, финансируемым U.S. Министерство энергетики, Управление науки, фундаментальные энергетические науки.

12.7 Катализ — химия

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните функцию катализатора с точки зрения механизмов реакции и диаграмм потенциальной энергии
  • Перечислить примеры катализа в природных и промышленных процессах

Мы видели, что скорость многих реакций может быть увеличена с помощью катализаторов.Катализатор ускоряет скорость реакции за счет снижения энергии активации; кроме того, катализатор регенерируется в процессе. Несколько реакций, которые являются термодинамически благоприятными в отсутствие катализатора, протекают с разумной скоростью только при наличии катализатора. Одной из таких реакций является каталитическое гидрирование, процесс, при котором водород добавляют через связь C = C алкена с получением насыщенного алканового продукта. Сравнение диаграмм координат реакции (также известных как энергетические диаграммы) для каталитического и некаталитического гидрирования алкена показано на рисунке 1.

Рис. 1. На этом графике сравниваются координаты реакции каталитического и некаталитического гидрирования алкена.

Катализаторы функционируют, обеспечивая альтернативный механизм реакции, который имеет более низкую энергию активации, чем было бы в отсутствие катализатора. В некоторых случаях каталитический механизм может включать дополнительные этапы, как показано на диаграммах реакций, показанных на рисунке 2. Эта более низкая энергия активации приводит к увеличению скорости, как описано уравнением Аррениуса.Обратите внимание, что катализатор снижает энергию активации как для прямой, так и для обратной реакции и, следовательно, ускоряет как прямую, так и обратную реакции . Следовательно, присутствие катализатора позволит системе быстрее достичь равновесия, но не влияет на положение равновесия, что отражается в значении его константы равновесия (см. Следующую главу о химическом равновесии).

Рис. 2. Эта диаграмма потенциальной энергии показывает влияние катализатора на энергию активации.Катализатор обеспечивает другой путь реакции с более низкой энергией активации. Как показано, каталитический путь включает двухэтапный механизм (обратите внимание на наличие двух переходных состояний) и промежуточный вид (представленный долиной между двумя переходными состояниями).

Пример 1

Использование диаграмм реакций для сравнения каталитических реакций
Две диаграммы здесь представляют одну и ту же реакцию: одна без катализатора, а другая с катализатором. Определите, какая диаграмма предполагает присутствие катализатора, и определите энергию активации катализированной реакции:

Раствор
Катализатор не влияет на энергию реагента или продукта, поэтому этими аспектами диаграмм можно пренебречь; они, как и следовало ожидать, идентичны в этом отношении.Однако есть заметная разница в переходном состоянии, которое на диаграмме (b) заметно ниже, чем на (a). Это указывает на использование катализатора на диаграмме (b). Энергия активации — это разница между энергией исходных реагентов и переходного состояния — максимум на координатной диаграмме реакции. Реагенты имеют 6 кДж, а переходное состояние — 20 кДж, поэтому энергию активации можно рассчитать следующим образом:

[латекс] E _ {\ text {a}} = 20 \; \ text {kJ} \; — \; 6 \; \ text {kJ} = 14 \; \ text {kJ} [/ latex]

Проверьте свои знания
Определите, какая из двух диаграмм здесь (обе для одной и той же реакции) включает катализатор, и определите энергию активации катализированной реакции:

Ответ:

Диаграмма (b) представляет собой каталитическую реакцию с энергией активации около 70 кДж.

Гомогенный катализатор присутствует в той же фазе, что и реагенты. Он взаимодействует с реагентом с образованием промежуточного вещества, которое затем разлагается или вступает в реакцию с другим реагентом на одной или нескольких стадиях для регенерации исходного катализатора и образования продукта.

В качестве важной иллюстрации гомогенного катализа рассмотрим озоновый слой Земли. Озон в верхних слоях атмосферы, защищающий Землю от ультрафиолетового излучения, образуется, когда молекулы кислорода поглощают ультрафиолетовый свет и вступают в реакцию:

[латекс] 3 \ text {O} _2 (g) \; {\ xrightarrow {hv}} \; 2 \ text {O} _3 (g) [/ latex]

Озон — относительно нестабильная молекула, которая разлагается с образованием двухатомного кислорода по обратному этому уравнению.Эта реакция разложения соответствует следующему механизму:

[латекс] \ begin {array} {r @ {{} \ longrightarrow {}} l} \ text {O} _3 & \ text {O} _2 \; + \; \ text {O} \\ [0.5em ] \ text {O} \; + \; \ text {O} _3 & 2 \ text {O} _2 \ end {array} [/ latex]

Присутствие оксида азота NO влияет на скорость разложения озона. Оксид азота действует как катализатор по следующему механизму:

[латекс] \ begin {array} {r @ {{} \ longrightarrow {}} l} \ text {NO} (g) \; + \; \ text {O} _3 (g) & \ text {NO} _2 (g) \; + \; \ text {O} _2 (g) \\ [0.5em] \ text {O} _3 (g) & \ text {O} _2 (g) \; + \; \ text {O} (g) \\ [0.5em] \ text {NO} _2 (g) \ ; + \; \ text {O} (g) & \ text {NO} (g) \; + \; \ text {O} _2 (g) \ end {array} [/ latex]

Общее химическое изменение для каталитического механизма такое же, как:

[латекс] 2 \ text {O} _3 (g) \; {\ longrightarrow} \; 3 \ text {O} _2 (g) [/ latex]

Оксид азота реагирует и регенерируется в этих реакциях. Он не расходуется постоянно; таким образом, он действует как катализатор. Скорость разложения озона выше в присутствии оксида азота из-за каталитической активности NO.Некоторые соединения, содержащие хлор, также катализируют разложение озона.

Марио Х. Молина

Нобелевская премия по химии 1995 г. была разделена между Полом Дж. Крутценом, Марио Дж. , Молиной (рис. 3) и Ф. Шервудом Роулендом «за их работы в области химии атмосферы, особенно в отношении образования и разложения озона». Молина, гражданин Мексики, выполнял большую часть своей работы в Массачусетском технологическом институте (MIT).

Рисунок 3. (a) Мексиканский химик Марио Молина (1943 -) разделил Нобелевскую премию по химии в 1995 году за исследование (b) озоновой дыры в Антарктике. (Фото а: любезно предоставлено Марио Молиной; кредит б: модификация работы НАСА)

В 1974 году Молина и Роуленд опубликовали статью в журнале Nature (одна из основных рецензируемых публикаций в области науки) с подробным описанием угроза хлорфторуглеродных газов стабильности озонового слоя в верхних слоях атмосферы Земли. Озоновый слой защищает Землю от солнечной радиации, поглощая ультрафиолетовый свет.По мере того как химические реакции истощают количество озона в верхних слоях атмосферы, над Антарктидой образуется измеримая «дыра», и увеличение количества солнечного ультрафиолетового излучения, во многом связанное с распространением рака кожи, достигает поверхности Земли. Работа Молины и Роуленда сыграла важную роль в принятии Монреальского протокола, международного договора, подписанного в 1987 году, который успешно начал поэтапное прекращение производства химикатов, связанных с разрушением озона.

Молина и Роуленд продемонстрировали, что атомы хлора из химических веществ, созданных руками человека, могут катализировать разрушение озона в процессе, аналогичном процессу, с помощью которого NO ускоряет разрушение озона.Атомы хлора образуются, когда хлороуглероды или хлорфторуглероды, которые когда-то широко использовались в качестве хладагентов и пропеллентов, фотохимически разлагаются ультрафиолетом или реагируют с гидроксильными радикалами. Здесь показан образец механизма с использованием хлористого метила:

[латекс] \ text {CH} _3 \ text {Cl} \; + \; \ text {OH} \; {\ longrightarrow} \; \ text {Cl} \; + \; \ text {other \; продукты } [/ латекс]

Хлорные радикалы разрушают озон и регенерируются с помощью следующего каталитического цикла:

[латекс] \ begin {array} {r @ {{} \ longrightarrow {}} l} \ text {Cl} \; + \; \ text {O} _3 & \ text {ClO} \; + \; \ текст {O} _2 \\ [0.5em] \ text {ClO} \; + \; \ text {O} & \ text {Cl} \; + \; \ text {O} _2 \\ [0.5em] \ text {total \; Реакция: \; O} _3 \; + \; \ text {O} & 2 \ text {O} _2 \ end {array} [/ latex]

Один одноатомный хлор может расщепить тысячи молекул озона. К счастью, большая часть атмосферного хлора существует в виде каталитически неактивных форм Cl 2 и ClONO 2 .

После получения своей части Нобелевской премии Молина продолжил свою работу в области химии атмосферы в Массачусетском технологическом институте.

Дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы

Ферменты в организме человека действуют как катализаторы важных химических реакций клеточного метаболизма.Таким образом, дефицит определенного фермента может привести к опасному для жизни заболеванию. Дефицит G6PD (глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы), генетическое заболевание, которое приводит к нехватке фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, является наиболее распространенным дефицитом фермента у людей. Этот фермент, показанный на рисунке 4, является ферментом, ограничивающим скорость метаболического пути, который поставляет НАДФН в клетки (рисунок 5).

Рисунок 4. Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа — это фермент, ограничивающий скорость метаболического пути, который поставляет НАДФН в клетки.

Нарушение этого пути может привести к снижению содержания глутатиона в эритроцитах; как только весь глутатион израсходован, ферменты и другие белки, такие как гемоглобин, становятся уязвимыми. Например, гемоглобин может метаболизироваться до билирубина, что приводит к желтухе — состоянию, которое может стать серьезным. Люди, страдающие дефицитом G6PD, должны избегать определенных продуктов и лекарств, содержащих химические вещества, которые могут вызвать повреждение их эритроцитов с дефицитом глутатиона.

Рисунок 5. В механизме пентозофосфатного пути G6PD катализирует реакцию, регулирующую NAPDH, кофермент, регулирующий глутатион, антиоксидант, защищающий эритроциты и другие клетки от окислительного повреждения.

Гетерогенный катализатор представляет собой катализатор, который находится в другой фазе (обычно твердой), чем реагенты. Такие катализаторы обычно функционируют, создавая активную поверхность, на которой может происходить реакция. Газовые и жидкофазные реакции, катализируемые гетерогенными катализаторами, происходят на поверхности катализатора, а не внутри газовой или жидкой фазы.

Гетерогенный катализ имеет не менее четырех этапов:

  1. Адсорбция реагента на поверхности катализатора
  2. Активация адсорбированного реагента
  3. Реакция адсорбированного реагента
  4. Диффузия продукта с поверхности в газовую или жидкую фазу (десорбция).

Любой из этих шагов может быть медленным и, таким образом, может служить шагом определения скорости. Однако в целом в присутствии катализатора общая скорость реакции выше, чем если бы реагенты находились в газовой или жидкой фазе.

На рис. 6 показаны этапы, которые, по мнению химиков, происходят в реакции соединений, содержащих двойную углерод-углеродную связь, с водородом на никелевом катализаторе. Никель — это катализатор, используемый при гидрировании полиненасыщенных жиров и масел (которые содержат несколько двойных углерод-углеродных связей) для получения насыщенных жиров и масел (которые содержат только одинарные углерод-углеродные связи).

Рис. 6. Есть четыре стадии катализа реакции C 2 H 4 + H 2 ⟶C 2 H 6 никелем.(а) Водород адсорбируется на поверхности, разрывая связи H – H и образуя связи Ni – H. (б) Этилен адсорбируется на поверхности, разрывая π-связь и образуя связи Ni – C. (c) Атомы диффундируют по поверхности и при столкновении образуют новые связи C – H. (d) C 2 H 6 молекул ускользают с поверхности никеля, так как они не сильно притягиваются к никелю.

Другие важные промышленные процессы, в которых используются гетерогенные катализаторы, включают получение серной кислоты, получение аммиака, окисление аммиака до азотной кислоты и синтез метанола, CH 3 OH.Гетерогенные катализаторы также используются в каталитических нейтрализаторах большинства автомобилей с бензиновым двигателем (рис. 7).

Автомобильные каталитические преобразователи

Ученые разработали каталитические нейтрализаторы для уменьшения количества токсичных выбросов, производимых при сжигании бензина в двигателях внутреннего сгорания. Каталитические нейтрализаторы используют все пять факторов, влияющих на скорость химических реакций, чтобы обеспечить максимальную безопасность выхлопных газов.

Используя тщательно подобранную смесь каталитически активных металлов, можно добиться полного сгорания всех углеродсодержащих соединений до диоксида углерода, а также снизить выход оксидов азота.Это особенно впечатляет, если учесть, что один этап включает добавление кислорода к молекуле, а другой — удаление кислорода (рис. 7).

Рис. 7. Каталитический нейтрализатор позволяет сжигать все углеродсодержащие соединения до диоксида углерода, в то же время снижая выход оксида азота и других загрязняющих веществ в выбросы от двигателей, работающих на бензине.

Большинство современных трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов имеют поверхность, пропитанную платино-родиевым катализатором, который катализирует преобразование оксида азота в диазот и кислород, а также преобразование оксида углерода и углеводородов, таких как октан, в диоксид углерода и водяной пар:

[латекс] \ begin {array} {r @ {{} \ longrightarrow {}} l} 2 \ text {NO} _2 (g) & \ text {N} _2 (g) \; + \; 2 \ text {O} _2 (g) \\ [0.5em] 2 \ text {CO} (g) \; + \; \ text {O} _2 (g) & 2 \ text {CO} _2 (g) \\ [0.5em] 2 \ text {C} _8 \ текст {H} _ {18} (g) \; + \; 25 \ text {O} _2 (g) & 16 \ text {CO} _2 (g) \; + \; 18 \ text {H} _2 \ текст {O} (g) \ end {array} [/ latex]

Для максимальной эффективности большинство каталитических нейтрализаторов предварительно нагревается электронагревателем. Это гарантирует, что металлы в катализаторе будут полностью активными даже до того, как выхлопные газы автомобиля станут достаточно горячими для поддержания соответствующих температур реакции.


«ChemWiki» Калифорнийского университета в Дэвисе дает подробное объяснение того, как работают каталитические нейтрализаторы.

Структура и функции фермента

Изучение ферментов — важная взаимосвязь между биологией и химией. Ферменты обычно представляют собой белки (полипептиды), которые помогают контролировать скорость химических реакций между биологически важными соединениями, особенно теми, которые участвуют в клеточном метаболизме. Различные классы ферментов выполняют множество функций, как показано в Таблице 36.

Класс Функция
оксидоредуктазы окислительно-восстановительные реакции
трансферазы перенос функциональных групп
гидролазы реакции гидролиза
лиаз отщепление группы с образованием двойных связей
изомеразы изомеризация
лигазы образование связи при гидролизе АТФ
Таблица 36. Классы ферментов и их функции

Молекулы фермента обладают активным центром, частью молекулы, форма которой позволяет ей связываться с конкретным субстратом (молекулой реагента), образуя комплекс фермент-субстрат в качестве промежуточного продукта реакции. Есть две модели, которые пытаются объяснить, как работает этот активный сайт. Самая упрощенная модель называется гипотезой замка и ключа, которая предполагает, что молекулярные формы активного центра и субстрата дополняют друг друга и подходят друг к другу, как ключ в замке.Гипотеза индуцированной подгонки, с другой стороны, предполагает, что молекула фермента является гибкой и меняет форму, чтобы приспособиться к связи с субстратом. Однако это не означает, что активный центр фермента полностью податлив. И модель «замок-и-ключ», и модель индуцированного соответствия учитывают тот факт, что ферменты могут связываться только с определенными субстратами, поскольку в целом конкретный фермент катализирует только конкретную реакцию (рис. 8).

Рис. 8. (a) Согласно модели с замком и ключом, форма активного центра фермента идеально подходит для субстрата.(b) Согласно модели индуцированной подгонки, активный центр в некоторой степени гибок и может изменять форму, чтобы соединиться с подложкой.

Королевское химическое общество представляет собой прекрасное введение в ферменты для студентов и преподавателей.

Катализаторы влияют на скорость химической реакции, изменяя ее механизм, чтобы обеспечить более низкую энергию активации. Катализаторы могут быть гомогенными (в той же фазе, что и реагенты) или гетерогенными (отличная от реагентов фаза).

Химия: упражнения в конце главы

  1. Учитывайте увеличение скорости реакции, вызванное катализатором.
  2. Сравните функции гомогенных и гетерогенных катализаторов.
  3. Рассмотрите этот сценарий и ответьте на следующие вопросы: Атомы хлора, образующиеся в результате разложения хлорфторметанов, например CCl 2 F 2 , катализируют разложение озона в атмосфере. Один из упрощенных механизмов декомпозиции:
    [латекс] \ text {O} _3 \; {\ xrightarrow {\ text {солнечный свет}}} \; \ text {O} _2 \; + \; \ text {O} \ \ [0.5em] \ text {O} _3 \; + \; \ text {Cl} \; {\ longrightarrow} \; \ text {O} _2 \; + \; \ text {ClO} \\ [0.5em] \ text {ClO} \; + \; \ text {O} \; {\ longrightarrow} \; \ text {Cl} \; + \; \ text {O} _2 [/ latex]

    (а) Объясните, почему атомы хлора являются катализаторами газофазного превращения:

    [латекс] 2 \ text {O} _3 \; {\ longrightarrow} \; 3 \ text {O} _2 [/ latex]

    (b) Оксид азота также участвует в разложении озона по механизму:

    [латекс] \ text {O} _3 \; {\ xrightarrow {\ text {солнечный свет}}} \; \ text {O} _2 \; + \; \ text {O} \\ [0.5em] \ text {O} _3 \; + \; \ text {NO} \; {\ longrightarrow} \; \ text {NO} _2 \; + \; \ text {O} _2 \\ [0.5em] \ текст {NO} _2 \; + \; \ text {O} \; {\ longrightarrow} \; \ text {NO} \; + \; \ text {O} _2 [/ latex]

    Нет катализатора разложения? Поясните свой ответ.

  4. Для каждой из следующих пар диаграмм реакций укажите, какая из пары катализируется:

    (а)

    (б)

  5. Для каждой из следующих пар диаграмм реакций укажите, какая из пар катализируется:

    (а)

    (б)

  6. Для каждой из следующих диаграмм реакций оцените энергию активации ( E a ) реакции:

    (а)

    (б)

  7. Для каждой из следующих диаграмм реакций оцените энергию активации ( E a ) реакции:

    (а)

    (б)

  8. На основании диаграмм в упражнении 6 «Химия» в конце главы, какая из реакций протекает быстрее всего? У кого самая низкая скорость?
  9. На основании диаграмм в упражнении 7 в конце главы «Химия», какая из реакций протекает быстрее всего? У кого самая низкая скорость?

Глоссарий

гетерогенный катализатор
Катализатор присутствует в фазе, отличной от фазы реагентов, обеспечивая поверхность, на которой может происходить реакция
гомогенный катализатор
Катализатор
присутствует в той же фазе, что и реагенты

Решения

Ответы на упражнения в конце главы по химии

1.Общий способ действия катализатора заключается в обеспечении механизма, с помощью которого реагенты могут легче объединяться, выбирая путь с более низкой энергией реакции. Скорость как прямой, так и обратной реакции увеличивается, что приводит к более быстрому достижению равновесия.

3. (a) Атомы хлора являются катализатором, потому что они реагируют на второй стадии, но регенерируются на третьей стадии. Таким образом, они не расходуются, что характерно для катализаторов. (б) NO является катализатором по той же причине, что и в части (а).

5. Понижение энергии переходного состояния указывает на действие катализатора. а) А; (б) B

7. Энергия, необходимая для перехода из начального состояния в переходное, составляет: а) 10 кДж; (б) 10 кДж

9. У обоих одинаковая энергия активации, поэтому у них одинаковая скорость.

Что такое катализ?

Эти микроорганизмы используются для биологической очистки сточных вод. и являются хорошим примером силы катализа, — говорит Брюс Риттманн, профессор гражданского строительства.Красные порции плотно упакованы скопления бактерий, окисляющих аммоний, являющийся загрязнителем, превращая его в нитрит. Зеленые части — это небольшие скопления бактерий. которые окисляют нитрит, превращая его в менее вредный нитрат.

Что такое катализ?

Катализ — это химическая реакция, вызванная катализатором.Катализатор химическая версия «свахи», потому что физически объединяет два химиката таким образом, что их шанс на реакцию максимально.

Однако катализаторы не могут сочетать химические вещества, если нет «химия.» Вместо этого они позволяют реагировать на происходят быстрее, достаточно быстро, чтобы их можно было использовать для очистки окружающей среды или для производства химический продукт.

Катализаторы бывают разных форм. Некоторые из них представляют собой пористые твердые вещества, такие как платина, родиевые и палладиевые сетки, удаляющие оксид азота из автомобиля выхлоп.Другие представляют собой белковые молекулы, называемые ферментами, которые содержатся в в микроорганизмах. Третьи — это твердые вещества, встречающиеся в природе, такие как иксиды марганца или железа. Однако независимо от структуры катализатора, он ускоряет реакции, не изменяясь при этом.

Сильная сторона Центра катализа и поверхностных исследований и Институт экологического катализа — это экспертный и научный интуиция его исследователей.В их число входят экспериментаторы, использующие различные методы изучения атомной структуры катализаторов и теоретики, которые проверяют и моделируют экспериментальные результаты.

Например, используя передовые методы электронной микроскопии, Лоуренс Маркс, профессор материаловедения и инженерии, и Винаяк Дравид, доцент кафедры материаловедения и инженерии, сфотографировать электронная структура катализаторов с точностью до нанометра.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *