Для чего катализатор: ТрансТехСервис (ТТС): автосалоны в Казани, Ижевске, Чебоксарах и в других городах

Для чего менять катализатор?

Главная    Новости    Замена катализатора – что, зачем, почему?

Новости 282 09.11.2021

Катализатор – элемент автомобиля, необходимый для очистки выхлопных газов от вредных примесей. Он представляет собой небольшую коробку, внутри которой находится фильтр с отверстиями в виде сот, где и происходит безопасное догорание остатков топлива.

Однако, как и любой другой фильтр, он так же требует периодической замены и может приходить в негодность. Работу катализатора контролирует кислородный датчик, а о появлении неисправностей в выхлопной системе свидетельствует ошибка «Check Engine», загорающаяся на панели авто. Неисправный катализатор создает множество проблем для автомобилистов: увеличение потребления топлива, ухудшение динамических параметров транспортного средства, потеря мощности двигателя.

Это случается каждые 60 – 150 тысяч километров пробега в зависимости от марки автомобиля и условий эксплуатации.

Содержание

1. Что входит в замену катализатора:
2. Удаление катализатора: плюсы и минусы
3. Процесс удаления катализатора
4. Запишись на замену катализатора

• Диагностика
• Ремонт катализатора (возможен по результатам проверки)
• Удаление катализатора (вырезание)
• Замена на новый катализатор универсальный вместо оригинального (аналог стоит намного дешевле, чем оригинал)
• Установка катализатора
• Проверка выполненных работ
• Гарантия

Вы можете заказать услугу Замены катализатора в нашем сервисе со скидкой, уже включая сам катализатор. Мы прибегаем к помощи универсальных катализаторов. В них содержатся те же материалы что и в оригинале, однако стоимость намного ниже.

Даём гарантию от 10000 пробега и более.

Из корпусного катализатора вырезается кассета и устанавливается в корпус штатного коллектора, стоимость в несколько раз дешевле оригинального, срок службы металлического катализатора гораздо дольше и все работает в штатном режиме, без ошибок и запахов.

Подобрать катализатор по марке автомобиля можно с помощью нашего специалиста через онлайн чат или по телефону.

Если взвесив все за и против, вы решили, что всё-таки хотите удалить катализатор, тогда на его место монтируются пламегаситель и обманка кислородного датчика.

Пламегаситель устанавливают чтоб снизить шум после удаления катализатора.

Удаление катализатора: плюсы и минусы

Преимущества:

• Экономия на покупке нового катализатора.
• Незначительный прирост в мощности двигателя.
• Снижение требований к качеству топлива.

Недостатки удаления катализатора:

• Повышение уровня выхода токсичных газов в окружающую среду, неприятный запах из выхлопной трубы.
• Звук выхлопа становится громче.
• Необходимость установки новой прошивки или обманки.

Процесс удаления катализатора

Его удаление может выполняться как самостоятельно, так и на станциях технического обслуживания – зависит от типа крепления и сложности работ. Например, если он крепится на болтах, то для его удаления достаточно их открутить. В противном случае потребуется демонтаж выпускного коллектора, а затем работа «болгаркой».

Конечно, можно самостоятельно удалить катализатор, однако это не гарантирует аккуратность, качество выполнения работ и в дальнейшем правильной работы агрегата. И действительно, в домашних условиях часто нет специального места для такого ремонта, нужного инструмента и необходимых навыков. Поэтому многие решают обратиться к специалистам.

Удалить катализатор или заменить его на новый – это личное дело каждого автомобилиста. Если финансы позволяют вам установить новый каталитический фильтр, то лучше сделать это, тогда не нужно заниматься перепрограммированием ЭБУ (электронный блок управления), а также вы внесёте свой вклад в защиту окружающей среды. Однако если вы не располагаете такими возможностями, то целесообразнее будет удалить катализатор.

Для детальной консультации и понимания, что именно необходимо для вашего авто, пожалуйста, обращайтесь к нам по телефону +7 (495) 649-92-12 или приезжайте в один из московских сервисов «Автоглуш». Мы ждем вас!

Июнь 2023
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
29	30	31	1	2	3	4
5	6	7	8	9	10	11
12	13	14	15	16	17	18
19	20	21	22	23	24	25
26	27	28	29	30	1	2

Поделиться с друзьями

Автомобильный катализатор: для чего он нужен, работа и неисправности

El Катализатор транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания отвечает за уменьшение вредных газов, образующихся в результате сжигания топлива. На самом деле его полное имя каталитический нейтрализатор и есть несколько основных типов в зависимости от того, предназначены ли они для дизельного или бензинового двигателя.

Мы расскажем вам их историю, для чего они нужны, как они работают и сколько стоят. Помимо симптомов, указывающих на неисправность каталитического нейтрализатора.

Индекс

• 1 Краткая история катализатора
• 2 Для чего нужен катализатор?
• 3 Как работает катализатор?
  • 3.1 Использование материалов в катализаторе
  • 3.2 Катализатор Форма
  • 3.3 Рабочая температура катализатора
• 4 Катализатор бензинового автомобиля
• 5 каталитический нейтрализатор дизельного автомобиля
• 6 Неисправности катализатора и их признаки
• 7 Цена катализатора

Краткая история катализатора

Первый прототип каталитического нейтрализатора для этих целей был разработан во Франции и был впервые запатентован Юджином Удри. Этот инженер-механик основал в США компанию Oxy-Catalyst, которая впервые разработала катализаторы для дымоходов и позже для вилочных погрузчиков, в котором использовался низкосортный неэтилированный бензин. Позже он разработал каталитический нейтрализатор для автомобилей, который запатентовал в 1956 году.

После усовершенствований Engelhard Corporation, кульминацией которых стало в 1973, появился первый катализатор, предназначенный для массового производства. К 1975 году почти каждый автомобиль в Соединенных Штатах был установлен в соответствии с правилами Агентства по охране окружающей среды.

Подпишитесь на наш Youtube-канал

С тех пор катализаторы улучшаются как эффективность, так и эффективность, вплоть до таких вариантов, как катализаторы селективного восстановления (SCR), в которых используется AdBlue. Хотя они используются как надстройка и не исключают обычный каталитический нейтрализатор.

Для чего нужен катализатор?

Катализатор уменьшает вредные газы, образующиеся в двигателе внутреннего сгорания. Без него мы были бы гораздо более подвержены воздействию следующих вредных газов:

• С
  богатая смесь (топлива больше, чем воздуха) происходит неполное сгорание, в результате чего:
  • Несгоревшие углеводороды (HC): являются канцерогенами и раздражают дыхательные пути и глаза. Что касается окружающей среды, то они могут создавать кислотные дожди и фотохимические пары.
  • Окись углерода (CO): в малых дозах вызывает головную боль, одышку и нарушение координации, головокружение, раздражительность, спутанность сознания и провалы в памяти. В больших дозах он вызывает смерть без ведома пострадавшего, поэтому его называют тихим убийцей.
• С постная смесь (воздуха больше, чем топлива) образуются оксиды азота, которые представлены формулой NOx. Они имеют канцерогенные варианты и вызывают раздражение дыхательных путей и, как следствие, бронхолегочные состояния и проблемы с дыханием.

Лямбда-зонд так же важен, как каталитический нейтрализатор или даже больше.

Лямбда-зонд — это элемент, который позволяет всегда правильно регулировать смесь воздуха и топлива. В бензиновых двигателях на каждую часть бензина приходится 14,7 части воздуха (в дизеле 14,5).

Без него двигатель выбрасывал бы гораздо больше газов, подобных упомянутым выше, и возможности катализатора были бы значительно превышены. Мы рекомендуем статью Лямбда-зонд: что это такое, как работает, поломки, чистка, цена…, чтобы узнать, как это работает и есть ли у вашего автомобиля какие-либо неисправности, связанные с ним.

Как бы хорошо ни работал этот датчик, в настоящее время невозможно постоянно поддерживать идеальный микс. По этой причине автомобилям необходим один или несколько каталитических нейтрализаторов для удаления этих вредных газов.

Как работает катализатор?

Использование материалов в катализаторе

Катализатор работает благодаря таким металлам, как платина, родий, цирконий или палладий, которые обладают каталитическими свойствами.

То есть способность ускорять химическую реакцию. Каждый из них предназначен для определенного типа ядовитого газа:

• El Платина ускоряет окисление несгоревших углеводородов с превращением их в углекислый газ и воду. Химическая формула следующая: Cxh3x+2 + [(3x+1)/2] O2 -> xCO2 + (x+1) h3O.
• El родий ускоряет восстановление оксидов азота до азота и кислорода: 2NOx -> xO2 + N2 и окисление окиси углерода до углекислого газа: 2CO + O2 -> 2CO2. Они также используются цирконий o палладий, которые дешевле, но менее эффективны.

Не забудьте другой материал катализатора. Эти металлы располагаются на керамической структуре из

кордиерит, который поддерживает высокие температуры выхлопных газов.

Катализатор Форма

Как видите, катализатор использует определенные металлы в твердом состоянии для преобразования газов. Что приводит к препятствию: как сделать так, чтобы газ максимально контактировал с этими материалами, не теряя при этом слишком большой скорости. По этой причине керамическая структура катализатора выполнена в виде матрицы с продольными каналами. Система похожа на водородный автомобильный топливный элемент который, кстати, тоже использует платину в качестве катализатора. Хотя в его случае распределение газа гораздо тоньше, с гораздо более сложной структурой.

Эти продольные каналы позволяют газам проходить без остановок слишком долго, но контактировать с как можно большим количеством стенок. Следовательно, у них более 70 трубок на см2.

Кроме того, в современных автомобилях часто используется два или даже три каталитических нейтрализатора, чтобы максимально устранить вредные газы, чтобы соответствовать нормам по борьбе с загрязнением окружающей среды Евро 6 (на дату этой статьи) и Евро 7 в 2025 году.

Вокруг этой матрицы катализатора находится теплозащитный экран и металлический слой. В противном случае накопленное в нем тепло может повредить автомобиль или поверхности, на которых он припаркован. Без него легко может начаться пожар.

Рабочая температура катализатора

Чтобы металлы с каталитическими свойствами работали с максимальной эффективностью, обычный катализатор должен быть выше 500ºC. Вот почему по крайней мере один из каталитических нейтрализаторов двигателя обычно находится близко к выпускной коллектор двигателя, где газы все еще имеют очень высокую температуру.

Благодаря этому, катализатор нагревается перед и требуется меньше времени, чтобы начать устранение вредных газов. Если бы мы могли увидеть катализатор, работающий через свои защитные слои, мы бы увидели, что керамическая матрица и металлы в ней раскалены докрасна.

Зная это, ты поймешь, что холодный двигатель выделяет больше вредных газов чем тот, который работает уже некоторое время. Как ни странно, Toyota пришлось решать эту проблему с выбросами при разработке автомобиля. Prius. Отключение теплового двигателя в пользу электрического во многих случаях приводило к тому, что каталитический нейтрализатор не достигал правильной рабочей температуры. По этой причине им пришлось разработать систему, которая отводила бы тепло от двигателя внутреннего сгорания к каталитическому нейтрализатору другими способами.

Катализатор бензинового автомобиля

Эти катализаторы обычно имеют тройной путь. То есть у них есть три катализирующие системы, описанные выше: платина для удалить несгоревшие углеводороды и родий, цирконий или палладий для удалить NOx y el CO.

Это связано с тем, что бензиновые двигатели выбрасывать меньше NOx чем дизеля и только катализатор может их уменьшить Достаточно. Хотя из-за достижений в области защиты от загрязнения более современные автомобили могут иметь другие типы каталитических нейтрализаторов.

каталитический нейтрализатор дизельного автомобиля

В дизельных двигателях обычные катализаторы двухкомпонентные. То есть они заботятся только о удаление несгоревших углеводородов y el CO. NOx остался в руках систем рециркуляции газа, таких как клапан рециркуляции отработавших газов, который возвращал их в камеру сгорания для полного сгорания.

Также есть Катализатор-аккумулятор NOx, которая играет важную роль в борьбе систем за то, чтобы сделать дизельное топливо еще чище и соответствовать будущим ограничениям выбросов, которые будут еще строже, чем сейчас. Он размещен за катализатором окисления и сажевым фильтром и имеет специальный слой, собирающий оксиды азота из выхлопных газов.

В накопительном каталитическом нейтрализаторе NOx различают два различных типа работы: При нормальной работе (лямбда > 1) NO сначала окисляется до NO2, а затем, с образованием нитрата (NO3), накапливается в каталитическом нейтрализаторе до оксидной щелочи. металл (например, оксид бария).

То же, что сажевый фильтр реальной проблемой для катализатора-аккумулятора NOx является regeneración, то есть периодическое опустошение аккумулятора. Для регенерации аккумулятора в отработавших газах необходимо создать маслянистую среду (лямбда < 1). В этих условиях эксплуатации восстановителя (окиси углерода, водорода или различных углеводородов) так много, что нитратная связь внезапно высвобождается, и катализатор из благородного металла превращается в нетоксичный азот (N2). Продолжительность зарядки составляет от 30 до 60 секунд, в зависимости от точки обслуживания, а регенерация длится от 1 до 2 секунд.

Для определения необходимости регенерации требуется множество датчиков температуры и давления. Катализатор аккумулятор может снизить выбросы NOx до 85%.

Тем не менее, текущие дизельные автомобили у них также есть Катализатор СКВ (катализатор селективного восстановления). Это тот, который используется с добавкой Рекламный синий, который представляет собой не что иное, как мочевину, распыляемую в выхлопные газы, прежде чем они достигнут этого катализатора. Это инициирует химическую реакцию, которая расщепляет NOx на N2 и h3O гораздо эффективнее, чем в старых системах.

Неисправности катализатора и их признаки

Большинство отказы каталитического нейтрализатора связаны с какой-то предыдущей проблемой в двигателе. Например, избыток топлива в выхлопной системе (слишком богатая смесь) из-за плохих свечей зажигания, неправильного газораспределения или поврежденного датчика кислорода. Это приводит к тому, что каталитический нейтрализатор достигает слишком высокой температуры, которая расплавляет металлические компоненты и разрушает керамическую матрицу.

Также может случиться так, что в выхлопную систему попало масло или антифриз, из-за поврежденных прокладок, сальников арматура испорченный или поршневые кольца изношенный. Это вызывает накопление сажи в каталитическом нейтрализаторе.

признаки неисправного катализатора являются:

• Запах тухлых яиц вызывается серой в бензине, которая при сгорании превращается в сероводород. Поскольку конверсия газов не происходит из-за поврежденного катализатора, сероводород поступает наружу.
• Потеря мощности, потому что выхлопная система частично засорена каталитическим нейтрализатором. Если это препятствие связано с тем, что материалы плавятся и ломаются, вам придется заменить каталитический нейтрализатор и определить, какая неисправность в двигателе вызвала это. Если это только засорение грязью, вы можете попытаться очистить его.
• Тест на выбросы не прошел. Излишне объяснять по этому поводу, потому что катализатор не преобразует вредные газы и тест показывает, что он не работает. В Испании это Технический осмотр транспортных средств (ITV).

• дребезжащий шум под автомобилем, когда он работает на холостом ходу или движется. Это вызвано тем, что части разбитой керамической матрицы внутри катализатора перемещаются выхлопными газами. Будьте осторожны, потому что, если эти части достигнут глушителя, выхлопная система может стать более засоренной.
• увеличение потребления. Это не признак плохого каталитического нейтрализатора, но это признак богатой топливной смеси, которая имеет тенденцию разрушать каталитический нейтрализатор. Вот почему это симптом, который следует принимать во внимание.
• горит лампочка неисправности двигателя. Если датчики автомобиля обнаружат, что преобразование газа не происходит должным образом, блок управления включит этот сигнализатор. Хотя он также служит для многих других неисправностей, это симптом, который сам по себе не указывает на неисправность каталитического нейтрализатора. Вы можете подключить автомобиль к считывателю OBD, чтобы увидеть, какой код ошибки он зарегистрировал, чтобы узнать, в чем заключается конкретная проблема.

Остерегайтесь засоров в выхлопной системе, потому что они повышают температуру выпускного коллектора и других патрубков и могут нанести гораздо более серьезный ущерб автомобилю.

Хотя отказ двигателя является наиболее распространенной причиной отказа каталитического нейтрализатора, существуют также модели, в которых периодически возникают проблемы с каталитическим нейтрализатором из-за конструктивных или производственных дефектов.

Цена катализатора

Как вы видели на протяжении всей статьи, существует несколько типов катализаторов. Поэтому их цена может сильно варьироваться от одной модели к другой. Однако замена каталитического нейтрализатора на новый обычно между 600 и 1.000 евро для легковых автомобилей. В любом случае, эта цифра может быть выше, если в дополнение к обычному задействованы другие катализаторы.

также есть универсальные катализаторы по хорошей цене совместимость с различными моделями. Хотя вы также должны убедиться, что он соответствует европейским нормам, которые есть у вашего автомобиля и одобренный. Тогда рекомендуем доверить сборку профессионалу, так как это деликатный элемент.

Изображения — Франкилеон, Райли Каминер, Дуурзаам Бедрийфслевен, Гонсало Мальпартида

Какова роль катализатора? Подробное руководство

Какова роль катализатора? Прежде всего, катализатор — это вещество, которое помогает ускорить химическую реакцию, не расходуясь в процессе. Во многих случаях катализаторы помогают снизить энергию активации реакции, облегчая ее протекание. Катализаторы могут использоваться в самых разных реакциях, в том числе при производстве лекарств, пластмасс и нефтепродуктов. В некоторых случаях катализаторы также могут помочь улучшить выход реакции или уменьшить образование нежелательных побочных продуктов. В результате катализаторы играют важную роль во многих отраслях промышленности.

 

Соответственно, катализатор ускоряет химическую реакцию, но не расходуется в ходе реакции.

 

Катализатор — это химическое вещество, которое помогает ускорить химическую реакцию, не расходуясь в процессе. Другими словами, это помогает снизить энергию активации, необходимую для протекания реакции. Это означает, что реакции могут протекать быстрее и при более низких температурах, чем в противном случае. Кроме того, катализаторы используются в самых разных промышленных процессах, от производства бензина и пластмасс до пивоварения и производства мыла. Они играют важную роль в производстве многих продуктов, на которые мы полагаемся каждый день.

 

Реагенты взаимодействуют друг с другом, создавая продукты. Однако этот процесс часто может быть медленным, потому что реагентам необходимо преодолеть энергетический барьер для образования продуктов. Вот тут и приходят на помощь катализаторы — уменьшая энергию активации; они помогают ускорить реакцию. Кроме того, катализаторы также могут способствовать увеличению выхода реакции за счет создания более благоприятных условий для образования желаемого продукта. В результате катализаторы играют существенную роль в химических реакциях, и их присутствие часто может быть разницей между реакцией, происходящей вообще, или протекающей очень медленно.

 

Другими словами, катализатор обеспечивает новый активный центр для протекания реакции, не расходуясь в ходе реакции. Катализаторы необходимы во многих промышленных процессах, таких как производство аммиака для удобрений и производство нефтехимических продуктов. Например, каталитические нейтрализаторы используются в автомобилях для снижения выбросов вредных газов. В живых системах ферменты являются важными катализаторами, ускоряющими биохимические реакции.

 

Кроме того, катализаторы обеспечивают альтернативный путь протекания реакции, который требует меньше энергии, чем стандартный путь реакции.

 

В результате катализаторы могут сделать возможным протекание реакций, которые в противном случае были бы слишком медленными или требовали бы слишком много энергии для осуществления. Во многих случаях катализаторами являются ферменты, представляющие собой белки, катализирующие определенные биохимические реакции в клетках живых организмов. Однако катализаторы также могут быть изготовлены из таких веществ, как платина, используемых в некоторых промышленных химических процессах. Независимо от их происхождения, катализаторы играют важную роль в обеспечении возможности многих химических реакций.

 

Во многих случаях катализаторы обеспечивают низкоэнергетический путь для протекания реакции. В результате катализаторы часто могут увеличить скорость реакции на порядки. Катализаторы используются в различных условиях, от промышленных процессов до биохимических реакций в организме человека. В каждом случае их роль заключается в облегчении превращения одного набора молекул в другой. Таким образом, катализаторы играют жизненно важную роль как в больших, так и в малых химических процессах.

 

Катализаторы играют ключевую роль во многих промышленных процессах, таких как производство нефтехимической, фармацевтической и пищевой продукции.

 

В этом случае они также могут сыграть важную роль в защите окружающей среды, способствуя расщеплению загрязняющих веществ в воздухе и воде. Как правило, катализаторы работают за счет снижения энергии активации, необходимой для реакции. Это означает, что реакции могут происходить быстрее и при более низких температурах, что экономит время и энергию. В некоторых случаях катализаторы также могут помочь увеличить выход реакции, предоставляя альтернативный путь для прохождения реагентов.

 

Катализаторы необходимы для химических реакций, и они могут играть огромную роль в ускорении процесса. Понимая катализаторы и то, как они работают, вы можете применять эти знания в своих химических экспериментах (или даже в промышленных процессах) для получения более быстрых и эффективных результатов. Итак, какова роль катализатора? Катализатор — это помощник: он ускоряет реакцию, не расходуясь и не изменяясь самой реакцией. Это делает катализаторы чрезвычайно полезными во всех видах химических применений.

 

Заключение

 

Какова роль катализатора? Катализаторы необходимы для химических реакций, и без них мир был бы совсем другим. Понимая роль катализаторов в химии, мы можем лучше контролировать и прогнозировать химические реакции, что позволяет создавать новые молекулы и материалы с особыми свойствами. Катализаторы необходимы для перемен, прогресса и инноваций. Катализатор — это агент, который инициирует или ускоряет химическую реакцию, но не расходуется. Прежде всего, катализатор — это вещество, которое ускоряет или замедляет химическую реакцию, не оказывая при этом никакого воздействия.

 

 Отказ от ответственности: ECHEMI оставляет за собой право окончательного объяснения и пересмотра всей информации.

14.7: Катализ — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

25181

 Цели обучения

• Понять, как катализаторы увеличивают скорость реакции и селективность химических реакций.

Катализаторы – это вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, не расходуясь в процессе. Катализатор, таким образом, не входит в общую стехиометрию реакции, которую он катализирует, но он должен присутствовать хотя бы в одной из элементарных реакций механизма катализируемой реакции. Катализируемый путь имеет более низкую E _a , но чистое изменение энергии в результате реакции (разница между энергией реагентов и энергией продуктов) не зависит от присутствия катализатора (рис. \(\PageIndex{ 1}\)). Тем не менее, из-за более низкого E _a скорость катализируемой реакции выше, чем скорость некаталитической реакции при той же температуре. Поскольку катализатор снижает высоту энергетического барьера, его присутствие увеличивает скорость как прямой, так и обратной реакции на одинаковую величину. В этом разделе мы рассмотрим три основных класса катализаторов: гетерогенные катализаторы, гомогенные катализаторы и ферменты.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Снижение энергии активации реакции катализатором. На этом графике сравниваются диаграммы потенциальной энергии для одностадийной реакции в присутствии и в отсутствие катализатора. Единственный эффект катализатора заключается в снижении энергии активации реакции. Катализатор не влияет на энергию реагентов или продуктов (и, следовательно, не влияет на ΔE). (CC BY-NC-SA; анонимно) Зеленая линия представляет некатализируемую реакцию. Фиолетовая линия представляет катализируемую реакцию.

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

Гетерогенный катализ

В гетерогенном катализе катализатор находится в другой фазе, чем реагенты. По крайней мере, один из реагентов взаимодействует с твердой поверхностью в физическом процессе, называемом адсорбцией, таким образом, что химическая связь в реагенте становится слабой, а затем разрывается. Яды — это вещества, которые необратимо связываются с катализаторами, препятствуя адсорбции реагентов и, таким образом, снижая или разрушая эффективность катализатора.

Примером гетерогенного катализа является взаимодействие газообразного водорода с поверхностью металла, такого как Ni, Pd или Pt. Как показано в части (а) на рисунке \(\PageIndex{2}\), связи водород-водород разрываются и образуются отдельные адсорбированные атомы водорода на поверхности металла. Поскольку адсорбированные атомы могут перемещаться по поверхности, два атома водорода могут столкнуться и образовать молекулу газообразного водорода, которая затем может покинуть поверхность в обратном процессе, называемом десорбцией. Адсорбированные атомы H на поверхности металла значительно более реакционноспособны, чем молекула водорода. Поскольку относительно прочная связь H–H (энергия диссоциации = 432 кДж/моль) уже разорвана, энергетический барьер для большинства реакций H ₂ находится значительно ниже на поверхности катализатора.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Гидрирование этилена на гетерогенном катализаторе. Когда молекула водорода адсорбируется на поверхности катализатора, связь Н–Н разрывается и образуются новые связи М–Н. Отдельные атомы H более реакционноспособны, чем газообразные H ₂ . Когда молекула этилена взаимодействует с поверхностью катализатора, она взаимодействует с атомами водорода в ступенчатом процессе с образованием этана, который высвобождается. (CC BY-NC-SA; анонимно)

На рисунке \(\PageIndex{2}\) показан процесс, называемый гидрированием , в котором атомы водорода добавляются к двойной связи алкена, такого как этилен, с получением продукта, содержащего одинарные связи C–C, в в данном случае этан. Гидрогенизация используется в пищевой промышленности для превращения растительных масел, состоящих из длинных цепей алкенов, в более коммерчески ценные твердые производные, содержащие алкильные цепи. Гидрогенизация некоторых двойных связей в полиненасыщенных растительных маслах, например, дает маргарин, продукт с температурой плавления, текстурой и другими физическими свойствами, подобными свойствам сливочного масла.

Несколько важных примеров промышленных гетерогенных каталитических реакций приведены в таблице \(\PageIndex{1}\). Хотя механизмы этих реакций значительно сложнее, чем описанная здесь простая реакция гидрирования, все они включают адсорбцию реагентов на твердой каталитической поверхности, химическую реакцию адсорбированных частиц (иногда через ряд промежуточных частиц) и, наконец, десорбцию. продуктов с поверхности.

Таблица \(\PageIndex{1}\): Некоторые коммерчески важные реакции с использованием гетерогенных катализаторов

Коммерческий процесс	Катализатор	Начальная реакция	Конечный коммерческий продукт
контактный процесс	В 2 О 5 или Pt	2SO 2 + O 2 → 2SO 3	Н 2 SO 4
Процесс Габера	Fe, K 2 O, Al 2 O 3	N 2 + 3H 2 → 2NH 3	НХ 3
Процесс Оствальда	Pt и Rh	4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O	HNO 3
реакция конверсии вода–газ	Fe, Cr 2 O 3 или Cu	CO + H 2 O → CO 2 + H 2	H 2 для NH 3 , CH 3 OH и других видов топлива
паровой риформинг	Ni	CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2	Ч 2
синтез метанола	ZnO и Cr 2 O 3	CO + 2H 2 → CH 3 OH	CH 3 OH
Процесс Сохио	фосфомолибдат висмута	\(\ mathrm{CH}_2\textrm{=CHCH}_3+\mathrm{NH_3}+\mathrm{\frac{3}{2}O_2}\стрелка вправо\mathrm{CH_2}\textrm{=CHCN}+\ матрм{3H_2O}\)	\(\underset{\textrm{акрилонитрил}}{\mathrm{CH_2}\textrm{=CHCN}}\)
каталитическое гидрирование	Ni, Pd или Pt	RCH=CHR’ + h3 → RCH 2 -CH 2 R’	частично гидрогенизированные масла для маргарина и т. д.

Гомогенный катализ

В гомогенном катализе катализатор находится в той же фазе, что и реагент(ы). Количество столкновений между реагентами и катализатором максимально, потому что катализатор равномерно распределен по всей реакционной смеси. Многие гомогенные катализаторы в промышленности представляют собой соединения переходных металлов (таблица \(\PageIndex{2}\)), но извлечение этих дорогостоящих катализаторов из раствора представляет собой серьезную проблему. В качестве дополнительного препятствия для их широкого коммерческого использования многие гомогенные катализаторы можно использовать только при относительно низких температурах, и даже в этом случае они имеют тенденцию к медленному разложению в растворе. Несмотря на эти проблемы, в последние годы был разработан ряд коммерчески жизнеспособных процессов. Полиэтилен высокой плотности и полипропилен получают методом гомогенного катализа.

Таблица \(\PageIndex{2}\): некоторые коммерчески важные реакции с использованием гомогенных катализаторов

Коммерческий процесс	Катализатор	Реагенты	Конечный продукт
Юнион карбид	[Rh(CO) 2 I 2 ] −	СО + СН 3 ОХ	CH 3 CO 2 H
гидропероксидный процесс	Комплексы Mo(VI)	CH 3 CH=CH 2 + R–O–O–H
гидроформилирование	Rh/PR 3 комплексы	RCH=CH 2 + CO + H 2	РЧ 2 CH 2 CH
адипонитриловый процесс	Ni/PR 3 комплексы	2HCN + CH 2 =CHCH=CH 2	NCCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CN используется для синтеза нейлона
полимеризация олефинов	(RC 5 H 5 ) 2 ZrCl 2	CH 2 =CH 2	–(CH 2 CH 2 –) n : полиэтилен высокой плотности

Ферменты

Ферменты, катализаторы, встречающиеся в естественных условиях в живых организмах, представляют собой почти все белковые молекулы с типичной молекулярной массой 20 000–100 000 а. е.м. Некоторые из них представляют собой гомогенные катализаторы, которые реагируют в водном растворе внутри клеточного компартмента организма. Другие представляют собой гетерогенные катализаторы, встроенные в мембраны, которые отделяют клетки и клеточные компартменты от их окружения. Реагент в реакции, катализируемой ферментом, называется подложка .

Поскольку ферменты могут многократно увеличивать скорость реакции (до 10 ¹⁷ раз по сравнению с некатализируемой скоростью) и имеют тенденцию быть очень специфичными, обычно производя только один продукт с количественным выходом, они находятся в центре активных исследований. В то же время получение ферментов обычно дорого, они часто перестают функционировать при температурах выше 37 °С, имеют ограниченную стабильность в растворе и настолько высокую специфичность, что ограничиваются превращением одного конкретного набора реагентов в один конкретный продукт. . Это означает, что для химически сходных реакций должны быть разработаны отдельные процессы с использованием разных ферментов, что требует много времени и средств. До настоящего времени ферменты нашли лишь ограниченное промышленное применение, хотя они используются в качестве ингредиентов в моющих средствах для стирки, чистящих средствах для контактных линз и размягчителях мяса. Ферменты в этих приложениях, как правило, представляют собой протеазы, которые способны расщеплять амидные связи, удерживающие вместе аминокислоты в белках. Размягчители мяса, например, содержат протеазу, называемую папаином, которую выделяют из сока папайи. Он расщепляет некоторые из длинных волокнистых белковых молекул, которые делают недорогие куски говядины жесткими, в результате чего получается более нежный кусок мяса. Некоторые насекомые, такие как жук-бомбардировщик, содержат фермент, способный катализировать разложение перекиси водорода до воды (рис. \(\PageIndex{3}\)).

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Каталитический защитный механизм. Обжигающие зловонные брызги, испускаемые этим жуком-бомбардиром, образуются в результате каталитического разложения \(\ce{h3O2}\).

Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментом, путем связывания с определенной частью фермента и, таким образом, замедления или предотвращения реакции. Таким образом, необратимые ингибиторы являются эквивалентом ядов в гетерогенном катализе. Одним из старейших и наиболее широко используемых коммерческих ингибиторов ферментов является аспирин, который избирательно ингибирует один из ферментов, участвующих в синтезе молекул, вызывающих воспаление. Дизайн и синтез родственных молекул, которые являются более эффективными, селективными и менее токсичными, чем аспирин, являются важными задачами биомедицинских исследований.

Резюме

Катализаторы участвуют в химической реакции и увеличивают ее скорость. Они не входят в итоговое уравнение реакции и не расходуются в ходе реакции. Катализаторы позволяют реакции протекать по пути, который имеет более низкую энергию активации, чем некатализируемая реакция. В гетерогенном катализе катализаторы обеспечивают поверхность, с которой реагенты связываются в процессе адсорбции. В гомогенном катализе катализаторы находятся в одной фазе с реагентами. Ферменты — это биологические катализаторы, которые вызывают значительное увеличение скорости реакции и, как правило, специфичны для определенных реагентов и продуктов.