کاتالیزگرها و مکانیسم عملکرد و کاربرد آنها در صنایع

کاتالیزگرها و مکانیسم عملکرد و کاربرد آنها در صنایع

دسته بندی زمین شناسی
فرمت فایل doc
حجم فایل 72 کیلو بایت
تعداد صفحات 28
برای دانلود فایل بر روی دکمه زیر کلیک کنید

دریافت فایل

عنوان

کاتالیزگرها و مکانیسم عملکرد و کاربرد آنها در صنایع

خلاصه:

كاتالیزگرها موادی هستند كه سرعت واكنش‌های شیمیایی را افزایش می‌هند ولی در واكنش مصرف نمی‌شوند.

كاتالیزگرها چه در كاربردهای صنعتی وچه در فرآیندهای بیولوژیكی اهمیت بسیاری دارند زیرا در واكنشهای صنعتی لازم است كه سرعت واكنش به طریقی مثلاً استفاده از كاتالیزگرها افزایش داده شود تا تولید فرآورده‌های حاصل از ان از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد، اگر چه می‌توان با افزایش دما سرعت واكنش را به مقدار قابل توجهی افزایش داد ولی از آن جا كه افزایش دما با مصرف انرژی همراه است، چنین اقدام صرفه‌ی اقتصادی نخواهد داشت، از سوی دیگر بسیاری از مواد نسبت به گرما حساس هستند و در اثر گرما تجزیه می‌شوند به همین دلیل مناسب‌ترین راه این است كه برای سرعت دادن به واكنش‌های شیمیایی از كاتالیزگر استفاده گردد.

كاتالیزگرها در فرآیندهای بیولوژیكی هم از اهمیت بسیاری برخوردار هستند. آنزیم‌ها مانند یك كاتالیزگر در كلیه اعمال زیستی نقش بسیار اساسی و ماهرانه‌ای را ایفا می‌كنند كه كاتالیزگرها را می‌توانیم به یك كلید تشبیه كنیم كه می‌تواند انواع قفل‌ها را با مكانیسم‌های مختلف باز كند یعنی نقشی كه آنزیم‌ها در اعمال زیستی و حیاتی ایفا می‌كنند بسیار مؤثرتر از كاتالیزگرهایی است كه ساخته‌ی دست بشر است در این مقاله سعی شده است كه از تعریف كاتالزگر، خواص چند مكانیسم كاتالیزگرها مورد بحث و بررسی قرار گیرد و برخی از كاربردهای آن در صنعت بیان شده است نقش و اهمیت كاتالیزگرها در پالایش‌های نفت و بسیاری از سنتزها در سایه‌ی بهره‌گیری از كاتالیزگرهای خاصی با مكانیسم‌های معین انجام می‌گیرد و برخی از كاتالیزگرها نه تنها تشكیل یا شكستن پیوندها را آسان می‌كنند بلكه محصولات واكنش را هم در قالب هندسی خاصی تولید می‌كنند امیدواریم مورد توجه قرار گیرد.

مقدمه

تا اغاز قرن نوزدهم ماهیت كاتالیزگرها ناشناخته بود، سرانجام در سال 1835 میلادی، ژان یاكوب برسلیوس شیمیدان سوئدی در بررسی واكنشهای شیمیایی در طول سی سال پژوهش و بررسی یكی از خصوصیات مهم واكنشها را سرعت انجام آنها دانست زیرا واكنشهایی كه در آزمایشگاه انجام می‌شود باید از سرعت كافی برخوردار باشد تا بتوان واكنشی را دنبال كرده و با مشاهده آزمایش به نتایجی دست یافت مانند هر گاه شعلة كبریت افروخته‌ای را به توده‌ای از قند تماس دهید قند گداخته می‌‌شود ولی نمی‌سوزد، برای سوزاندن قند می‌توانید مقداری خاكستر سیگار یا كمی از خاك گلدان روی آن بریزید در این صورت قند با شعله‌ی آبی خیره‌كننده‌ای همراه با صدای فش‌فش خواهد سوخت در این عمل خاكستر سیگار یا خاك گلدان كاتالیزگر است، یعنی سوختن قند در مجاورت خاكستر یا خاك انجام می‌گیرد، لیكن خاكستر یا خاك در پایان واكنش بدون تغییر شیمیایی به جا می‌ماند.

كشف كاتالیزگرهای جدید تأثیر فراوانی در صنعت داشته است و واكنشهای شیمیایی در صنعت باید نسبتاً سریع انجام شوند زیرا یك كارخانه‌دار نمی‌تواند سالها در انتظار بدست آمدن محصولی بماند كه امروز بازار فروش خوبی دارد.

دانش روز افزون درباره‌ی آنزیم‌ها یعنی كاتالیزگرهای زیستی درك ما را درباره‌ی فرآیندهای زیستی دگرگون كرده است، به همین دلیل مطالعه و نحوه‌ی كاربرد آنها در بین مواد شیمیایی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

آنزیم‌ها در تنظیم سرغت واكنشهای شیمیایی كه در بدن موجودات زنده انجام می‌شوند، نقش بسیار اساسی دارند. آنزیم‌ها خود تركیبهای پیچیده‌ای هستند كه از مولكولهای بسیار سنگین پروتئینی ساخته شده‌اند. تنظیم و اداره هر یك از واكنشهای زیستی به عهده‌ی آنزیم ویژه‌ای است. امروزه تخمین زده‌اند كه چندین هزار آنزیم مختلف در اداره‌ی اعمال زیستی بدن انسان شركت دارند. بسیاری از فرآیندهای زیستی، مانند گوارش در جانوران و فتوسنتز در گیاهان ضروری هستند. آنزیم‌ها نقش مهمی در لخته شدن خون و انقباض بافتهای ماهیچه‌ای دارند، كاتالیزگرها حتی سبب تغییر رنگ برگ‌ها در پائیز و تبدیل گلولز به اتیل الكل (اتانول) مطابق با واكنش زیر می‌شوند:

نخستین بار لویی پاستور در دهة سال 1850 با پژوهشهای خود درباره‌ی تخمیر، كاتالیزگرهای زیستی را مورد مطالعه قرار داد، پاستور نشان داد كه ارگانیسم ذره‌بینی مخمر سبب تبدیل گلولز به اتانول و كربن دی‌اكسید می‌شود كه بعدها دانشمند آلمانی ادوارد بوخنر در سال 1897 نشان داد كه این تخمیر توسط ماده‌ی موجود در عصارة مخمر حاصل می‌شود و این ماده را آنزیم نامیدند.

بعدها مواد دیگری كشف شدند كه می‌توانستند به عنوان كاتالیزگر در فرآیندهای زیستی شركت كنند سی سال پس از كشف بوخنر نخستین آنزیم به حالت بلوری خالص بدست آمد.

هر آنزیم معمولاً می‌تواند تنها در یك واكنش خاص به عنوان كاتالیزگر شركت كند، بنابراین سلولهای زنده صدها انزیم مختلف را تولید می‌كنند تا این آنزیم‌ها در صدها واكنش شیمیایی مختلف، كه ضرورت زنده ماندن سلولها هستند، به عنوان كاتالزگر شركت كنند.

آنزیم‌ها كاتالیزگرهایی با كارآیی شگفت‌آوری هستند مقیاسی از این كارایی، عدد تبدیل است. عدد تبدیل تعداد مولكولهایی از ماده اولیه است كه یك مولكول آنزیم در هر واحد زمانی به فرآورده‌های تبدیل می‌كند. عدد تبدیل آنزیم مالتوز ، كه در تمام ارگانیسم‌های حیوانی یافت می‌شود در واكنش ئیدرولیز قند مالتوز است كه در این واكنش گلولز تشكیل می‌شود.

سرعت انجام همه‌ی واكنشهای شیمیایی یكسان نمی‌باشد مثلاً بعضی از واكنشها سریع هستند مانند اگر مقدار كمی از سدیم را در آب بیاندازیم به سرعت با اكسیژن آب واكنش داده و محلول قلیا تولید می‌كند. برخی از واكنشها از سرعت بسیار كمی برخوردار هستند مانند مس در شرایط عادی به آرامی با اكسیژن هوا تركیب می‌شود، از این رو ذخایری از این عنصر در سطح زمین یافت می‌شود، واكنشهای دیگری نیز هستند كه سرعت متوسطی دارند مانند واكنش آهن با اكسیژن هوا كه در شرایط عادی مدت زمان متوسطی طول می‌كشد تا آهن زنگ بزند البته واكنشهای فوق را می‌توان تحت شرایط سریع یا از سرعت آن كاست بنابراین عواملی مانند دما، غلظت، كاتالیزگر واكنش‌دهنده‌ها سطح تماس، ماهیت مواد اولیه كاتالیزگر به میزان قابل توجهی روی سرعت واكنش مؤثر خواهد بود.

برای مثال برسلیوس شرح داد كه چگونه اسیدها، تبدیل نشاسته به قند را سرعت می‌دهند و چگونه در مجاورت فلز پلاتین، واكنشها بین گازها با سرعت بیشتر صورت می‌گیرد.

در سال 1902 ویلهلم استوالد شیمیدان آلمانی كاتالیزگر را ماده‌ای تعریف كرد كه سرعت واكنشهای شیمیایی را تغییر می‌دهد و در پایان واكنش بدون تغییر، باقی می‌ماند و هم‌چنین توانست خصوصیات ویژه‌ای كاتالیزگرها را بیان نماید.

برخی از خصوصیات ویژه‌ی كاتالیزگرها

كاتالیزگرها در فعالیت خود ویژگی‌های كاملاً خاصی دارند در بعضی از موارد یك كاتالیزگر معین موجب سنتز نوعی محصولات خاص از بعضی مواد می‌شود حال آنكه كاتالیزگر دیگر موجب سنتز محصولات كاملاً متفاوت دیگری از همان مواد می‌شود و امكان وقوع هر دو واكنش از لحاظ ترمودینامیكی میسر است مانند مونوكسیدكربن و هیدروژن می‌توانند با توجه به كاتالیزگر به كار رفته و شرایط واكنش فرآورده‌های بسیار گوناگونی را تولید كنند. اگر یك كاتالیزگر كبالت یا نیكل در واكنش مونوكسیدكربن با ئیدروژن به كار رود، مخلوطی از ئیدروكربنها به دست می‌آید ولی اگر در همین واكنش مخلوطی از اكسیدهای روی و كروم به عنوان كاتالیزگر مصرف شود از 2Co و 2 H متانول تولید می‌‌شود یعنی:

برای دانلود فایل بر روی دکمه زیر کلیک کنید

دریافت فایل

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.