Катализаторът е устройство с прост дизайн, но ролята му е доста голяма. В резултат на двигателите вътрешно горенеобразува се маса вредни вещества, които се отделят в атмосферата през изходния път. Катализаторът намалява токсичността на отработените газове.

История на създаване и внедряване

През 60-те години държавните органи във всички развити страни по света решават да се преобразуват специално вниманиевърху емисиите от изпускателните тръби на автомобилите, тъй като замърсяването на въздуха от автомобилите не е регламентирано със закон.

През 1970 г. първите стандарти са приети и представени на автомобилните заводи. Те съдържаха указания за съдържанието на вредни вещества в отработените газове. Тези стандарти изискват превозните средства да използват конвертори, които биха неутрализирали вредните ефекти на въглеродния окис и въглеводородите. През 1975 г. използването на катализатори става задължително.

Неутрализатори на токсични газове

Всеки ден все повече автомобили се появяват по пътищата. Автомобилът е мощен източник на замърсяване на въздуха. Въздухът е особено наситен с газове големи градовеи мегаполиси.

Постоянно се публикуват нови и нови закони, които трябва да ограничат допустимите нива на газови емисии по време на работа на двигатели с вътрешно горене. Производителите на автомобили се опитват да отговорят на тези стандарти, така че непрекъснато подобряват горивната и изпускателната системи, както и променят дизайна на двигателя.

Малко за емисиите

За да поддържат емисиите в атмосферата възможно най-ниски, съвременните двигатели с вътрешно горене постоянно и много внимателно контролират горивото, което изгаря в тях. Това е необходимо, за да се гарантира, че сместа въздух-гориво е идеална. При това съотношение горивото трябва да изгори заедно с целия кислород във въздуха. Когато колата се движи, това съотношение не е идеално. Понякога сместа е постна, понякога е по-богата.

Основни замърсители

Днес основните замърсители на въздуха са азот (N2), въглероден диоксид (CO2) и водни пари.

По същество тези продукти на горене не са опасни. Но учените смятат, че въглеродният диоксид влияе глобалното затопляне. В резултат на неидеално изгаряне на гориво и въздух се отделят малко количество особено вредни газове и вещества. Именно за тях са създадени тези устройства. Особено опасни вещества включват въглероден окис, различни въглеводороди и азотни оксиди.

Принцип на действие на катализаторите

Ако си спомняте училищния курс по химия, катализаторът е специално вещество, което ви позволява да ускорите химическа реакция или да я предизвикате. Той обаче няма да присъства в продуктите на реакцията. Той просто участва в процеса, но сам по себе си не е реагент или продукт.

В неутрализаторите или конверторите, които се монтират в автомобили, има два вида катализатори. Редуцира и окислява. И двете са изработени от керамика, която е покрита с метали. Основните използвани метали са платина или родий. Идеята тук е да се създаде структура, която при преминаване на изгорели газове да използва максимална площ, а количеството на каталитичните вещества да е минимално, тъй като цената им е доста висока.

Някои преработватели използват злато с различни традиционни примеси. Може да повиши степента на окисление. Това е необходимо, за да могат да се намалят емисиите на вредни газове.

Видове конвертори

Много съвременни изпускателни и изпускателни системи са оборудвани с два вида конвертори. Тоест всяко вещество да има свой елемент, който да минимизира емисиите.

Редукционният катализатор е първата стъпка в процеса на неутрализация и преобразуване. Тук съставът най-често съдържа Роден, както и платина. Предназначен е да неутрализира азотния оксид в отработените газове. В резултат на това се образуват кислород и азот.

Окислителният преобразувател е вторият в тази верига. Той е предназначен да намали количеството неизгоряло гориво, както и да намали количеството въглероден оксид. В резултат на работата на този конвертор се образува CO2 (въглероден диоксид).

Що се отнася до дизайна на тези устройства, има „пчелни пити“ и „керамични мъниста“. Структурите с пчелна пита са по-често срещани в съвременните автомобили.

Катализатор ВАЗ

В автомобилите на AvtoVAZ като неутрализатор се използва керамична конструкция, покрита с платина или паладий. Редукционният конвертор на повечето модели използва родий и платина като неутрализиращи агенти.

Хората не харесват особено тези устройства. Първо, това нещо е доста скъпо, и второ, в нашата страна, поради нискокачествено гориво, конверторите често се провалят. Някои хора ги заменят, докато други използват катализатори, забавящи горенето.

Пламъкогасител

Това е един вид заместител на неутрализатор. Основната задача, която се поставя пред него, е да изравни потока на отработените газове. Благодарение на него работата на изпускателната система става по-правилна и издръжлива. Използвайки тези дизайни, можете да добавите мощност към колата и звукът на двигателя ще бъде гладък.

Основната разлика е, че пламегасителят не може да неутрализира вредните емисии. Въпреки това, както е доказано вътрешни стандарти, ауспухът на абсолютно всяка чужда кола е много по-нисък от допустимия. Днес много хора сменят катализатора в колите си (Ford Mondeo най-често се подлага на това) с пламегасители. Смята се, че с тези устройства двигателят "диша" по-добре.

Устройство за предпазване от пламък

Дизайнът е подобен на конвенционалните резонатори. Следователно в европейските страни такова понятие не съществува. Това устройство се нарича не по-малко от предварителен резонатор.

Има предпазители с директен поток и устройства с дифузьор. Последният се нарича фуния, която е заварена към тръбата в средата му. Той принуждава изгорелите газове към пламегасителя.

Проблеми с подмяната на катализатора

Понякога на местни автомобили, а също и на чужди автомобили, става необходимо да се смени преобразувателят. Например, катализаторът на 2114 VAZ значително подобрява динамиката на автомобила и също така помага за намаляване на разхода на гориво.

Необходимостта от подмяна на тази част от изпускателната система възниква само в два случая. Смята се, че такъв елемент отнема част от мощността на автомобила. Увеличаването на мощността по този начин обаче е много съмнително начинание.

Във втория случай частта ще се провали. Това се случва, ако често зареждате колата си с нискокачествено гориво. Това се случва и поради някои неизправности на двигателя, които водят до разход на масло и запушване на пчелната пита. Ремонтът на катализатора е необходим, ако е имало механична повреда на тялото му. В допълнение, преобразувателят може да стане неизползваем поради навлизане на силикон в ауспуха. Необходима е и подмяна в случай на прегряване. Ако устройството се нагрее над 970 градуса, то определено трябва да бъде сменено.

Как да проверите катализатора?

Ако забележите, че колата се движи с определена скорост с голяма трудност, и след това работи както обикновено, или ако скоростта на колата постепенно намалява или двигателят ви изобщо не стартира, тогава има опасност катализаторът да бъде ремонтиран.

За да проверите тази част, е необходимо да я демонтирате и да я прегледате на светлина. Друг начин е да проверите налягането в изпускателната система. За да направите това, трябва да инсталирате манометър на мястото на сензора за кислород и да вземете показания.

Примамка за катализатор

Тези устройства са предназначени да неутрализират токсичността на изгорелите газове на автомобила и също така да направят двигателя по-тих. Понякога неутрализаторът се проваля и трябва да се смени. Тъй като тези части не са евтини, автомобилните ентусиасти търсят компромиси.

За да решат проблема с тази част, понякога автомобилните ентусиасти използват така наречените емулатори. Има два вида от тези устройства, единият от които е механичен, вторият е електронен.

Механичната смес на катализатора е бронзова или друга метална часткоито могат да издържат високи температури. Трябва да се има предвид, че размерът на блендата трябва да съответства на размерите на конвертора. Там, където емулаторът ще трябва да бъде фиксиран, трябва да пробиете дупки за подаване на газ. В кухината на емулатора има керамични чипове, които са покрити с каталитично вещество.

Вече не е възможно сами да направите електронно устройство, но струва много по-малко от стандартния катализатор (цената тук е доста значителна).

Автомобилните магазини предлагат доста високотехнологични модели, но това е специален емулатор, оборудван с микропроцесор. Това кара управляващия блок да работи правилно. Тук няма измама.

Проблем с цената

Катализаторът е важна частзададени конструкции модерни автомобили. Основната цел на това устройство е да неутрализира вредните емисии в атмосферата. Тази част не може да продължи вечно, така че рано или късно ще трябва да бъде заменена.

Днес на автомобилните пазари можете да закупите катализатор (цената ще бъде от 4000 рубли или повече) за домашни автомобили. Например, оригинална резервна част за автомобил VAZ струва около 5160 рубли. Цената за подмяна на тази част на някои чужди автомобили може да струва 2400 рубли или повече, но можете да смените този елемент в собствения си гараж със собствените си ръце. Тази операция не изисква много усилия или специални инструменти.

И така, разбрахме какво е автомобилен катализатор, за какво се използва и каква е цената му. Изборът е ваш!

Ако се опитате да запалите захар, тя ще се стопи и ще се овъгли. Поставете купчина пепел върху захарта, за да действа като катализатор. Захарта ще изгори с пепелта! Захарта гори, ако я поръсите с пепел! При липса на пепел (катализатор) захарта само се овъглява Окисляване на алкохол в присъствието на меден катализатор

Опитвали ли сте някога да изгаряте захар? Изглежда, че силно екзотермичната реакция C 12 H 22 O 11 + 12 O 2 → 12 CO 2 + 11 H 2 O трябва да протича лесно. Няма такъв късмет - при висока температура захарта се разтапя, придобива кафяв цвят и мирис на карамел, но не се запалва. И все пак можете да изгорите захар. За да направите това, трябва да го поръсите с тютюнева пепел и да го поставите в пламъка - тогава захарта ще светне. Някои други вещества, като литиеви соли или хром (III) оксид, имат същия ефект върху тази реакция.

Химическите реакции, които „не искат“ да протичат сами или протичат с много ниска скорост и изискват допълнителен „стимул“ - наличието на вещества, които остават непроменени в резултат на реакцията, се случват навсякъде. Това са, първо, абсолютно всички химични процеси, които са в основата на живота на клетките. Те възникват само в присъствието на ензими, а липсата на поне един от тях в тялото нарушава метаболизма и е изпълнен със сериозни заболявания или просто е несъвместим с живота.

В допълнение, повечето широкомащабни процеси, използвани в химическата промишленост, включват такива реакции. Производството на сярна киселина, рафинирането на нефт и синтезът на амоняк са немислими без участието на „чужди вещества“, т.нар. катализатори. Как би изглеждал нашият свят без катализатори? Би било много по-статично, защото мнхимически реакции

просто нямаше да се случи. Въпреки това пак няма да има кой да учи химия: животът не може да се появи в такъв свят.Катализатори позволяват химичните процеси да се извършват при много по-високилеки състояния

. И освен това, в присъствието на катализатори протичат реакции, които по принцип са невъзможни без тяхното участие при никакви условия.

Освен това количеството катализатор, необходимо за превръщането на огромна маса реагенти в реакционни продукти, е непропорционално малко. Една ензимна молекула катализира разграждането на 5 милиона захарни молекули за 1 секунда!

Катализата и нейните тайни Но каква е тайната?? Нека да разберем защо захарта и другите органични вещества не се трансформират спонтанно във въглероден диоксид и вода - много по-енергийно благоприятни (те също така казват „термодинамично стабилни“) съединения. Не е ли това невероятно? В крайна сметка, ако поставите, да речем, топка на върха на пързалка, тя веднага ще заеме по-енергийно благоприятна позиция - ще се търкаля надолу. Ако го защитите с преграда, той няма да може да се плъзне надолу. За да стигне до дъното и по този начин да намали потенциалната си енергия, топката трябва да преодолее бариерата и за това трябва да бъде снабдена с допълнителна енергия.

Всички съществуващи химични вещества, дори много термодинамично нестабилни, са заобиколени в своите енергийни „върхове“ от подобни бариери. Понякога енергията, необходима за преодоляването им, е сравнима с кинетичната енергия на топлинното движение на молекулите. Тогава е достатъчно просто смесване на реагентите - и реакцията протича при стайна температура. Отопление реакционна смес, можете да преодолеете бариерата малко по-високо. Но понякога е твърде високо и в този случай ще трябва да потърсите методи за доставка необходима енергияреактивни молекули или се опитайте да заобиколите енергийната бариера.

Как да стане това? Оказва се, катализаторможе, подобно на опитен водач, който познава добре района, да поведе реакцията по съвсем различен път. В същото време неговият механизъм претърпява значителни промени. Има много начини да заобиколите енергийната „планина“. Всеки катализатор, работейки в конкретна реакция, избира собствен път за процеса. В този случай новият маршрут може да бъде много по-дълъг от първоначалния: броят на междинните етапи и реакционните продукти понякога се увеличава няколко пъти. Но количеството енергия, необходимо на всеки етап, се оказва значително по-малко, отколкото при липса на „проводник“. В резултат на това, изминавайки по-дълъг път с помощта на катализатор, реакцията дава желания резултат много по-бързо.

„Чуждото вещество“ обаче може да повлияе на хода на реакцията по обратния начин: да я доведе до енергийна бариера, която е трудно преодолима. След това процесът се забавя. Толкова "отрицателно" катализанаречен инхибиране(от латински inhibeo - "спиране", "ограничаване") и "катализатори, които действат обратно" - инхибитори.

Защо трябва да забавите скоростта на реакцията? Има процеси, които са необходими на човек, а има и процеси, чието изпълнение може да има пагубен ефект както върху човека, така и върху неговите битови предмети и среда. например появата на ръжда - корозия на метали, гниене на храна. Такива реакции могат да включват експлозии на различни химикали, които са чувствителни към движение или удар. Трябва да се има предвид, че химическите реакции, водещи до образуването само на едно вещество, са доста редки. По принцип реакциите произвеждат повече от едно вещество. Това явление е особено силно изразено в органичната химия.

В организмите на живите същества и много други процеси, протичащи в нашата среда, често е необходимо реакционният процес да произвежда само едно вещество или реакционен продукт, от който се нуждаем. В този случай се прилага катализа. Компетентен подбор катализаторни позволява да извършваме химични процеси само в посоката, в която се нуждаем, и да получаваме необходимото вещество, като същевременно изключваме отделянето на други странични ефектиреакции.

1. Катализатори в химията

видове катализатори

Механизъм на действие катализатори

Изисквания към катализаторите

2. Катализатори в автомобилите

Катализатор

Емисии на замърсители

Как катализаторите намаляват вредните емисии в отработените газове

www.parsa.com.ua Авточасти онлайн

www.mpg.kiev.ua MPG-CAPSгоривен биокатализатор

www.bmwclub.ua BMW клуб

www.himhelp.ru Химически сървър

elementy.ru Природа на науката

www.xumuk.ru Уеб сайт за химия

oval.ru Голям Съветска енциклопедия

Енциклопедия на инвеститора. 2013 .

Синоними:

КАТАЛИЗАТОР- КАТАЛИЗАТОР, катализатор, съпруг. (виж катализа) (хим.). Вещество, което ускорява или забавя химическа реакция, без да се променя. РечникУшакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 ... Обяснителен речник на Ушаков

КАТАЛИЗАТОР- КАТАЛИЗАТОР, съпруг. (специалист.). Вещество, което променя скоростта на химична реакция. | прил. каталитичен, о, о. Обяснителен речник на Ожегов. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Обяснителен речник на Ожегов

катализатор- вещество, което ускорява или забавя реакцията, но остава непроменено. Biol. К. са ензими. (

Схема на реакцията с катализатор

Катализатор - химическо вещество, което ускорява реакцията, но не се изразходва по време на реакцията.

Катализатори в химията

Катализаторите се делят на хомогененИ разнородни. Хомогенният катализатор е в една и съща фаза с реагиращите вещества, хетерогенният катализатор образува независима фаза, отделена от интерфейс от фазата, в която се намират реагиращите вещества. Типичните хомогенни катализатори са киселини и основи. Като хетерогенни катализатори се използват метали, техните оксиди и сулфиди.

Реакции от един и същи тип могат да протичат както с хомогенни, така и с хетерогенни катализатори. Така, заедно с киселинните разтвори, се използват твърди Al 2 O 3, TiO 2, ThO 2, алумосиликати и зеолити с киселинни свойства. Хетерогенни катализатори с основни свойства: CaO, BaO, MgO.

Хетерогенните катализатори като правило имат силно развита повърхност, за която се разпределят върху инертен носител (силикагел, алуминиев оксид, активен въглен и др.).

За всеки тип реакция само определени катализатори са ефективни. В допълнение към вече споменатите киселинно-основен, има катализатори окислително-редукционни; те се характеризират с наличието на преходен метал или негово съединение (Co +3, V 2 O 5 + MoO 3). В този случай катализата се извършва чрез промяна на степента на окисление на преходния метал.

Много реакции се извършват с помощта на катализатори, които действат чрез координиране на реагентите при атом или йон на преходен метал (,,). Тази катализа се нарича координация.

В биохимичните реакции ензимите играят ролята на катализатори.

Катализаторите трябва да се разграничават от инициаторите. Например, пероксидите се разпадат на свободни радикали, които могат да инициират радикални верижни реакции. Инициаторите се изразходват по време на реакцията, така че не могат да се считат за катализатори.

Инхибиторите понякога погрешно се считат за отрицателни катализатори. Но инхибиторите, например на радикалните верижни реакции, реагират със свободните радикали и, за разлика от катализаторите, не се съхраняват. Други инхибитори (каталитични отрови) се свързват с катализатора и го деактивират; тук има потискане на катализата, а не отрицателна катализа. Отрицателната катализа е невъзможна по принцип: тя би осигурила по-бавен път за реакцията, но реакцията, естествено, ще следва по-бърз, в този случай, некатализиран път.

Катализатори в автомобили

Задачата на автомобилния катализатор е да намали количеството вредни вещества в отработените газове. Сред тях.

Скоростите на химичните реакции могат да се увеличат рязко в присъствието на различни вещества, които не са реагенти и не са част от реакционните продукти. Това забележително явление се нарича катализа(от гръцки "катализа" - унищожаване). Нарича се вещество, чието присъствие в сместа увеличава скоростта на реакцията катализатор.Количеството му преди и след реакцията остава непроменено. Катализаторите не представляват специален клас вещества. В различни реакции метали, оксиди, киселини, соли и комплексни съединения могат да проявят каталитичен ефект. Химичните реакции в живите клетки протичат под контрола на каталитични протеини, наречени ензими.Катализата трябва да се счита за вярна химичен факторувеличаване на скоростите на химичните реакции, тъй като катализаторът участва пряко в реакцията. Катализата често е по-мощно и по-малко рисковано средство за ускоряване на реакция от повишаването на температурата. Това ясно се демонстрира от примера на химичните реакции в живите организми. Реакции като хидролизата на протеини, които в лабораториите трябва да се извършват с продължително нагряване до температура на кипене, протичат по време на процеса на смилане без нагряване при телесна температура.

Явлението катализа е наблюдавано за първи път от френския химик L. J. Tenard (1777-1857) през 1818 г. Той открива, че оксидите на някои метали, когато се добавят към разтвор на водороден пероксид, причиняват неговото разлагане. Този експеримент може лесно да се възпроизведе чрез добавяне на кристали калиев перманганат към 3% разтвор на водороден прекис. Солта KMn0 4 се превръща в Mn0 2 и кислородът бързо се освобождава от разтвора под действието на оксида:

Директният ефект на катализатора върху скоростта на реакцията е свързан с намаляване на енергията на активиране. При нормални температури има ли понижение? и с 20 kJ/mol увеличава константата на скоростта приблизително 3000 пъти. Понижаване в длъжност Е Лможе да е много по-силен. Намаляването на енергията на активиране обаче е външна проява на действието на катализатора. Реакцията се характеризира с определена стойност E. vкоето може да се промени само ако се промени самата реакция. При даването на едни и същи продукти реакцията с участието на добавеното вещество протича по различен път, през други етапи и с различна енергия на активиране. Ако по този нов път енергията на активиране е по-ниска и съответно реакцията е по-бърза, тогава казваме, че това вещество е катализатор.

Катализаторът взаимодейства с един от реагентите, образувайки някакво междинно съединение. В един от следващите етапи на реакцията катализаторът се регенерира - той напуска реакцията в първоначалния си вид. Реагентите, участващи в каталитичната реакция, продължават да взаимодействат помежду си бавно без участието на катализатор. Следователно каталитичните реакции принадлежат към тип сложни реакции, наречени серийно-паралелни реакции. На фиг. Фигура 11.8 показва зависимостта на константата на скоростта от концентрацията на катализатора. Графиката на зависимостта не преминава през нула, тъй като при липса на катализатор реакцията не спира.

ориз. 11.8.

наблюдавана константа кизразено чрез сумата k u+ & k c(K)

Пример 11.5. При температура от -500 °C реакцията на окисление на серен оксид (1U)

който е един от етапите на промишленото производство на сярна киселина, протича много бавно. По-нататъшното повишаване на температурата е неприемливо, тъй като равновесието се измества наляво (реакцията е екзотермична) и добивът на продукта намалява твърде много. Но тази реакция се ускорява от различни катализатори, един от които може да бъде азотен оксид (N). Първо катализаторът реагира с кислорода:

и след това прехвърля кислородния атом към серен оксид (1U):

Това образува крайния реакционен продукт и регенерира катализатора. Възможността за протичане по нов път се отвори за реакцията, при която константите на скоростта се увеличиха значително:

Диаграмата по-долу показва двата пътя на процеса на окисляване на S0 2 . При липса на катализатор реакцията протича само по бавния път, а при наличие на катализатор и по двата.

Има два вида катализа - хомогененИ разнородни.В първия случай катализаторът и реагентите образуват хомогенна система под формата на газова смес или разтвор. Пример за окисление със серен оксид е хомогенната катализа. Скоростта на хомогенна каталитична реакция зависи както от концентрациите на реагентите, така и от концентрацията на катализатора.

При хетерогенната катализа катализаторът е твърдо вещество в чиста форма или върху него носител.Например платината като катализатор може да се фиксира върху азбест, алуминиев оксид и др. Молекулите на реагентите се адсорбират (абсорбират) от газ или разтвор в специални точки на повърхността на катализатора – активни центрове и едновременно с това се активират. След химическата трансформация, получените молекули на продукта се десорбират от повърхността на катализатора. Актовете на трансформация на частиците се повтарят в активните центрове. Наред с други фактори, скоростта на хетерогенна каталитична реакция зависи от повърхностната площ на каталитичния материал.

Хетерогенната катализа е особено широко използвана в промишлеността. Това се обяснява с лекотата на провеждане на непрекъснат каталитичен процес, когато смес от реагенти преминава през контактен апарат с катализатор.

Катализаторите действат селективно, ускорявайки много специфичен тип реакция или дори отделна реакция, без да засягат други. Това позволява използването на катализатори не само за ускоряване на реакциите, но и за целево превръщане на изходните вещества в желаните продукти. Метанът и водата при 450 °C на катализатора Fe 2 0 3 се превръщат във въглероден диоксид и водород:

Същите вещества при 850 °C реагират на повърхността на никела, за да образуват въглероден оксид (II) и водород:

Катализата е една от онези области на химията, в които все още не е възможно да се направят точни теоретични прогнози. Всички индустриални катализатори за рафиниране на петролни продукти, природен газ, производството на амоняк и много други се развиват на базата на трудоемки и отнемащи време експериментални изследвания.

Възможност за контрол на скоростите химически процесие безценен в стопанска дейностчовек. При промишлено производство на химически продукти обикновено е необходимо да се увеличи скоростта на технологичните химични процеси, а при съхранение на продуктите е необходимо да се намали скоростта на разлагане или излагане на кислород, вода и др. Има известни вещества, които могат да забавят химичните реакции. Те се наричат инхибитори, или отрицателни катализатори.Инхибиторите се различават фундаментално от истинските катализатори по това, че реагират с активни видове (свободни радикали), които по една или друга причина възникват в веществото или неговата среда и предизвикват ценни реакции на разлагане и окисление. Инхибиторите постепенно се изразходват, прекратявайки защитния си ефект. Най-важният тип инхибитори са антиоксидантите, които защитават различни материалиот излагане на кислород.

Също така си струва да припомним какво не може да се постигне с помощта на катализатори. Те са способни да ускоряват само спонтанни реакции. Ако реакцията не се случи спонтанно, тогава катализаторът няма да може да я ускори. Например, нито един катализатор не може да причини разлагането на водата на водород и кислород. Този процес може да се осъществи само чрез електролиза, изискваща електрическа работа.

Катализаторите също могат да активират нежелани процеси. През последните десетилетия се наблюдава постепенно разрушаване на озоновия слой на атмосферата на височина 20-25 км. Предполага се, че някои вещества участват в разграждането на озона, като халогенирани въглеводороди, изпускани в атмосферата от промишлени предприятия и такива, използвани за битови цели.