촉매 변환기
촉매 변환기는 일산화탄소와 같은 독성 분자와 자동차 배기 가스의 다양한 질소 산화물을 이산화탄소와 질소와 같은 더 무해한 분자로 변화시킵니다. 그들은 백금,팔라듐 및 로듐과 같은 값 비싼 금속을 이종 촉매로 사용합니다.
금속은 세라믹 벌집 위에 얇은 층으로 증착됩니다. 이것은 표면을 확대하고 최소한에 사용된 금속 양을 지킵니다.
전형적인 일산화탄소와 일산화 질소 사이의 반응을 취함:
촉매 변환기는 촉매 중독의 영향을받을 수 있습니다. 이것은 반응의 일부가 아닌 무언가가 촉매의 표면에 매우 강하게 흡착되어 정상적인 반응물이 도달하는 것을 방지 할 때 발생합니다.
납은 촉매 컨버터를 위한 친밀한 촉매 독입니다. 그것은 비싼 금속의 벌집을 입히고 작동을 멈 춥니 다.
과거에는 납 화합물을 가솔린(가솔린)에 첨가하여 엔진에서 더 부드럽게 연소시킵니다. 그러나 납이 함유 된 연료를 사용하는 경우 촉매 변환기를 사용할 수 없습니다. 그래서 촉매 변환기는 일산화탄소와 질소 산화물과 같은 유독 가스를 제거하는 데 도움이되었을뿐만 아니라 가솔린에서 유독 한 납 화합물을 제거하도록 강요했습니다.
사용의 바나듐(V)에 산화 접촉 과정
동안 프로세스의 제조를 위한 황산,황산으로 변환할 수있 유황 삼산화. 이것은 이산화황 과 산소 위에 고체 바나듐(브이)산화물 촉매.
이 예는 가스가 실제로 촉매의 표면과 반응하여 일시적으로 변화하기 때문에 이전 예와 약간 다릅니다. 그들의 산화 국가를 바꾸는 그들의 기능 때문에 촉매로 작동하는 전이 금속 및 그들의 화합물의 능력의 좋은 보기 입니다.
이산화황은 바나듐에 의해 삼산화황으로 산화된다. 이 공정에서 바나듐 산화물은 바나듐(4)산화물로 환원된다.
바나듐(4)산화물은 산소에 의해 다시 산화된다.
이것은 촉매가 반응 과정에서 변화될 수 있는 방법의 좋은 예이다. 반응이 끝나면 화학적으로 시작된 것과 동일합니다.
균질 촉매 작용
이것은 반응물과 동일한 상에서 촉매를 갖는다. 일반적으로 모든 것이 가스로 존재하거나 단일 액체 단계에 포함됩니다. 예제에는 이러한 각 중 하나가 포함되어 있습니다. . .
균질 촉매의 예
퍼설페이트 이온과 요오드화물 이온 사이의 반응
이것은 촉매의 맥락에서만 만날 수 있는 용액 반응이지만 사랑스러운 예이다!과 황산염 이온(퍼 옥소 디 황산염 이온)은 매우 강력한 산화제입니다. 요오드화물 이온은 요오드로 매우 쉽게 산화된다. 그리고 물 속의 용액에서 그들 사이의 반응은 매우 느립니다.
당신이 방정식을 보면,그 이유를 쉽게 알 수있다:
반응은 2 개의 부정적인 이온 사이 충돌을 필요로 합니다. 반발은 그 방법으로 심각하게 얻을 것입니다!
촉매 반응은 그 문제를 완전히 피한다. 촉매는 동일한 용액에 첨가되는 철(2)또는 철(3)이온 일 수있다. 이것은 산화 상태를 변화시키는 그들의 능력 때문에 촉매로서 전이 금속 화합물의 사용의 또 다른 좋은 예이다.
논증을 위해,우리는 촉매를 철(2)이온으로 취할 것이다. 당신이 곧 볼 수 있듯이,당신이 철(2)또는 철(3)이온을 사용하는지 여부는 실제로 중요하지 않습니다.
과황산염 이온은 철(2)이온을 철(3)이온으로 산화시킨다. 이 과정에서과 황산염 이온은 황산 이온으로 환원됩니다.
철(3)이온은 요오드화 이온을 요오드로 산화시키기에 충분히 강하다. 이 과정에서 그들은 철(2)이온으로 다시 환원됩니다.
전반적인 반응에서 이러한 개별 단계 모두 긍정적이 고 부정적인 이온 사이의 충돌을 포함 한다. 이것은 촉매 반응에서 두 개의 음이온 사이의 충돌보다 성공적 일 가능성이 훨씬 더 높습니다.
철(2)이온 대신 철(3)이온을 촉매로 사용하면 어떻게 됩니까? 반응은 단순히 다른 순서로 발생합니다.
대기 오존의 파괴
이것은 모든 것이 가스로 존재하는 균질 촉매 작용의 좋은 예입니다.
오존은 자외선의 작용으로 고 대기에서 끊임없이 형성되고 다시 분해된다. 일반 산소 분자는 자외선을 흡수하여 개별 산소 원자로 분해됩니다. 이들은 쌍을 이루지 않은 전자를 가지고 있으며 자유 라디칼로 알려져 있습니다. 그들은 매우 반응 적입니다.
산소 라디칼은 일반 산소 분자와 결합하여 오존을 만들 수 있습니다.
오존은 또한 자외선을 흡수하여 일반 산소와 산소 라디칼로 다시 분할 될 수 있습니다.
오존의 이 대형 그리고 끊는 것은 항상 일어나고 있다. 함께 찍은,이 반응은 지구 표면에 도달하기 위해 대기를 관통하는 많은 유해한 자외선을 막습니다.
우리가 관심있는 촉매 반응은 오존을 파괴하여 이러한 방식으로 자외선을 흡수하는 것을 멈 춥니 다.예를 들어,클로로플루오로카본은 에어로졸 및 냉매로서 광범위하게 사용되었다. 대기 중에서의 느린 분해는 염소 원자-염소 자유 라디칼을 생성합니다. 이들은 오존의 파괴를 촉매합니다.
이것은 두 단계로 발생합니다. 첫번째에서는,오존은 부서지고 새로운 유리기 생성합니다.
염소 라디칼 촉매는 제 2 반응에 의해 재생된다. 이것은 클로 라디칼이 오존 분자 또는 산소 라디칼에 맞는지 여부에 따라 두 가지 방법으로 발생할 수 있습니다.
산소 라디칼에 닿으면(이전에 살펴본 반응 중 하나에서 생성됨):
또는 그것이 오존 분자를 명중하는 경우에:
염소 라디칼이 계속 재생되기 때문에 각각 수천 개의 오존 분자를 파괴 할 수 있습니다.
자가 촉매
자가 촉매
자가 촉매
자가 촉매
망간산 이온에 의한 에탄이오산의 산화
자가 촉매 반응에서 반응은 그 생성물 중 하나에 의해 촉매된다. 이것의 가장 간단한 예 중 하나는 망간 산 칼륨(7 세)(과망간산 칼륨)의 산성화 된 용액에 의한 에탄 디오 산 용액(옥살산)의 산화에 있습니다.
반응은 실내 온도에 아주 느립니다. 그것은 칼륨 망가 네이트(7)용액의 농도를 찾기 위해 적정으로 사용되며 일반적으로 약 60 의 온도에서 수행됩니다.
반응은 망간(2)이온에 의해 촉매된다. 반응이 시작되기 전에 존재하는 것들은 분명히 없으며,그래서 그것은 실온에서 매우 천천히 시작됩니다. 그러나,방정식을 보면,제품 사이 망간(2)이온을 찾을 수 있습니다. 반응이 진행됨에 따라 점점 더 많은 촉매가 생성되어 반응 속도가 빨라집니다.
시간이 지남에 따라 반응물 중 하나의 농도를 플로팅하여 이 효과를 측정할 수 있습니다. 당신은 반응에 대한 정상적인 속도 곡선과는 매우 다른 그래프를 얻습니다.
대부분의 반응은 다음과 같은 속도 곡선을 제공합니다:
농도는 처음에 높고 그래서 반응은 반응물 농도에 있는 급속한 가을에 의해 빠르 보입니다. 것 들 사용,반응 감속 하 고 결국 반응물 중 하나 이상이 완전히 사용 됩니다 중지.
자동 촉매의 예는 다음과 같은 곡선을 제공합니다:
처음에는 느린(촉매되지 않은)반응을 볼 수 있습니다. 촉매가 혼합물에서 형성되기 시작함에 따라,반응 속도가 빨라지고,점점 더 많은 촉매가 형성됨에 따라 점점 더 빨라진다. 결국,물론,속도 떨어지는 것 들 사용 얻을 다시.
경고!
이렇게 보이는 속도 곡선이 반드시 자동 촉매의 예를 보여준다고 가정하지 마십시오. 비슷한 그래프를 생성 할 수있는 다른 효과가 있습니다.
예를 들어,반응이 액체와 반응하는 고체와 관련된 경우,예상되는 반응이 일어나기 전에 액체가 침투해야하는 고체에 일종의 표면 코팅이있을 수 있습니다.
더 일반적인 가능성은 강한 발열 반응이 있고 온도를 제대로 제어하지 못한다는 것입니다. 반응 중에 진화 된 열은 반응 속도를 높입니다.