Каталитические процессы

Первые представления о катализе возникли почти одновременно с развитием атомной теории строения вещества. В 1812 г. Кирхгоф описал об ускоряющем действии разбавленных кислот на гидролиз крахмала до глюкозы. В 1835 г. Беруслиус дал общее название “катализ” от греческого слова каталос – разрушать.

Каталитические процессы в настоящее время составляют основу химической технологии, и область их применения постоянно расширяется. Остановимся сначала на некоторых примерах использования катализа в химической технологии. Вот одна из проблем – “фиксация атмосферного азота”. За исключением селитры, на земле не существует достаточно больших естественных запасов связанного азота. Но запасы селитры очень ограничены и не могут удовлетворить потребности человечества. Практически неисчерпаемым источником является воздух. Но перевести молекулярный азот в связанное состояние очень трудно. Даже с кислородом он реагирует только при очень высоких температурах. Так вначале и поступали – пропускали воздух через вольтовую дугу и извлекали окись азота.

N₂ + O₂ 2NO

Но этот способ требует очень большого количества электрической энергии.

Есть другой способ – связывание азота с водородом с образованием аммиака.

N₂ + 3N₂ = 2NH₃

Чтобы синтез аммиака протекал с приемлемой скоростью, надо применять высокие температуры и давления. С ростом температуры возрастает скорость реакции, но выход падает. Решение было найдено Ф. Габером (1907 г.) использовать для ускорения реакции катализаторы на основе пористого металлического железа с добавкой окислов калия и алюминия. В наши дни каталитический синтез аммиака ведут при 450 – 500^о С и давлении 20,0 – 35,0 МПа. Большую роль призван сыграть катализ в решении актуальнейшей проблемы – охраны окружающей среды. По словам Ж. И. Кусто – земной шар напоминает “одиноко несущийся в космическом пространстве автомобиль без выхлопной трубы”. Нам некуда сбрасывать отходы, кроме того как в ту же среду, в которой мы живем. Эту ситуацию Дж. Баттан охарактеризовал так: “Одно из двух: или люди сделают все возможное, чтобы в воздухе стало меньше дыма, или дым сделает так, что на земле станет меньше людей”.