Катализатор что это: Автомобильный блог | Обзоры, Тест-драйвы, ПДД и советы по обслуживание автомобилей

что это такое и что ценного в нем, признаки неисправностей и их устранение

4 ноября, 2020
0

Автомобильный катализатор – он же каталитический нейтрализатор – это деталь, которая призвана уменьшить объем вредных веществ, выбрасываемых из выхлопной трубы автомобиля в атмосферу. Достаточно сложное устройство и принцип работы – причины, по которым катализаторы нередко доставляют автовладельцам массу проблем. Что нужно знать об этой детали и надо ли ее убрать?

Содержание

• Что такое катализатор и для чего он нужен?
• Как устроен автомобильный катализатор?
• Принцип работы катализатора
• Виды катализаторов
• Причины и признаки неисправности
• Как проверить катализатор?
• Как почистить катализатор?
• Зачем вырезают катализатор из автомобиля?
• Как удалить устройство из выхлопной системы?
• Заключение

Что такое катализатор и для чего он нужен?

Выхлопные газы – продукты окисления углеводородного топлива, не полностью сгораемого внутри автомобильного двигателя. В составе выхлопа есть как безвредные, так и токсичные вещества. К первым относится азот, кислород, углекислый газ. Спектр вредных компонентов значительно шире:

• угарный газ;
• углеводороды;
• оксиды азота;
• альдегиды;
• бензпирен;
• частицы сажи.

Все перечисленные выше вещества являются токсичными, а сажа и бензпирен еще и сильные канцерогены. Неправильная настройка двигателя приводит к тому, что концентрация вредных выбросов увеличивается от двух раз для бензиновых моторов и до двадцати раз для дизельных.

Задача катализатора – нейтрализовать негативное действие углеводородов, оксидов углерода и азота в выхлопных газах, и тем самым снизить вред автомобиля с ДВС для окружающей среды. Сам процесс нейтрализации происходит в ходе окислений либо восстановления в зависимости от типа нейтрализатора. В результате реакций токсины превращаются в свободный азот и углекислый газ.

Для контроля катализатора в выхлопной системе устанавливается особый датчик – лямбда-зонд. Он отслеживает концентрацию кислорода в отработанных газах. Показания кислородного датчика влияют на режим работы двигателя авто, от чего в свою очередь зависит состав выхлопных газов.

Как устроен автомобильный катализатор?

Каталитические нейтрализаторы в современных автомобилях имеют весьма простое устройство:

• корпус из нержавеющей стали;
• керамический наполнитель;
• термическая защитная прокладка;
• кислородный датчик (лямбда-зонд).

В зависимости от типа детали в качестве наполнителя используются металлические либо керамические мелкие соты, покрытие тончайшим слоем редких металлов – иридия, палладия и родия. Лямбда-зонд устанавливается на входе в катализатор и на выходе, т.е с обеих его сторон.

Принцип работы катализатора

Точный принцип работы автомобильного катализатора зависит от того, к какому типу он относится:

• В восстанавливающем элементе происходит разложение оксидов азота на кислород и молекулярный азот. За эти химические реакции отвечают драгметаллы платина и родий.
• В окисляющем элементе свободный кислород вступает в активную реакцию окисления с углеводородами и угарным газом из выхлопа, связывая их в безопасные соединения.

В обоих перечисленных случаях вредность отработанных газов для природы заметно уменьшается.

Виды катализаторов

В первую очередь каталитические нейтрализаторы классифицируются по принципу работы на два типа – восстанавливающие и окисляющие. Они уже были рассмотрены ранее. Кроме типа реакций, которые протекают внутри этих устройств, оба типа различаются составом. В первых используется платина и родий, во вторых – платина и палладий. Соответственно, это влияет на стоимость детали.

Второй признак, по которому различаются детали – материал, из которого сделана сотовая сетка:

• Керамические. Главное достоинство деталей с сеткой из керамики – низкая цена. Это обусловлено дешевизной материала и технологии изготовления. Отсюда же вытекает основной недостаток – хрупкость. Даже небольшого удара хватит для растрескивания.
• Металлические. Отличаются долговечностью, прочностью, надежностью. Хорошо переносят воздействие влажности, удары, вибрацию, тряску. В связи с этим стоимость металлических катализаторов существенно больше, если сравнивать их с керамическими.

Следующий критерий для классификации каталитических нейтрализаторов – место установки в выхлопной системе автомобиля. По этому признаку устройства делятся всего на две категории:

• Монтируемые на приемной трубе. Деталь может располагаться как на самой трубе, так и сразу после нее, непосредственно перед резонатором. Это удобный в плане замены и ремонта тип размещения, так как демонтировать устройство с приемной трубы очень легко.
• Монтируемые внутри коллектора. В этом случае элемент является частью выпускного коллектора. Первый серьезный недостаток – неремонтопригодность такого катализатора. Второй – деталь быстро и сильно нагревается до критических температур.

Исходя из преимуществ, оптимальный вид нейтрализатора – керамический с установкой прямо на приемной трубе выхлопной системы. Если позволяет бюджет, лучше купить металлическую деталь.

Причины и признаки неисправности

В теории катализатор может работать на протяжении многих десятилетий, так как расход редких металлов в его составе очень небольшой. На практике все получается не так радужно. Есть целый ряд причин, по которым каталитический нейтрализатор выхлопных газов может выйти из строя:

• механическое воздействие – критично для керамических катализаторов;
• попадание воды (особенно холодной) на раскаленную поверхность детали;
• взрыв топлива внутри катализатора из-за проблем в системе зажигания;
• регулярное использование низкокачественного и загрязненного топлива;
• применение этилированного бензина – катализатор может прогореть;
• попадание в нейтрализатор масла, охлаждающей жидкости или промывки.

Перечисленные причины могут привести к таким распространенным поломкам нейтрализатора, как выгорание активного слоя, оплавление, появление нагара на внутренних стенках устройства.

Эксплуатация автомобиля с неисправным катализатором уменьшает ресурс самого двигателя. По этой причине нельзя откладывать ремонт или замену детали на потом – это выйдет очень дорого.

Как проверить катализатор?

Не надо быть специалистом, чтобы догадаться о неисправности автомобильного катализатора. На его выход из строя и необходимость замены указывает ряд достаточно специфичных признаков:

• увеличенный расход топлива без видимых причин;
• автомобиль медленнее набирает скорость;
• возникли проблемы с тягой, упала мощность мотора;
• загорелась лампочка проверки двигателя;
• несколько увеличился расход масла;
• при нажатии на педаль газа мотор откликается не сразу;
• при запуске двигателя чувствуется неприятный запах.

Лучший способ диагностики неисправности нейтрализатора – осмотр. Также своего рода средством проверки является приборная панель, а именно лампочка «Check engine» и соответствующий поломке лямбда-зонда или катализатора код ошибки в бортовом компьютере.

Еще один способ – измерить давление выхлопных газов с помощью манометра, после чего сравнить показания с нормативами. Так, нормой считается давление 0,3 кгс/см2. Если это значение больше, скорее всего с деталью есть проблемы, и нужна помощь специалистов из автосервиса.

Как почистить катализатор?

Засорившийся с течением времени катализатор рекомендуется быстро и тщательно прочистить. В противном случае двигатель начнет «задыхаться», его мощность упадет, а расход топлива, наоборот, вырастет. На необходимость заняться очисткой нейтрализатора указывают признаки:

• упавшая мощность мотора и медленный разгон;
• возникают проблемы с запуском двигателя;
• мотор самопроизвольно отключается на ходу;
• двигатель нестабильно работает на холостом ходу;
• цвет выхлопа изменился, стал более выраженным.

Визуально на необходимость прочистки нейтрализатора указывает его загрязненность продуктами горения, смолами, маслом и прочими посторонними включениями. Есть два способа его очистки:

• Механическая. Для такой прочистки применяется наждачная бумага. Нужно демонтировать нейтрализатор, взять кусочек наждачки и счистить налет с металлических или керамических сот, аккуратно надавливая на них. Оставшиеся после процедуры частицы грязи, масла и сажи удаляются из нейтрализатора сжатым воздухом, подаваемым под давлением.
• Жидкостная. Используется специальная промывка, которую можно купить в магазине автодеталей. Если такой возможности нет, можно использовать этанол или жидкость для очистки карбюратора. Порядок работ – демонтаж катализатора и его погружение в тару. Далее соты обильно поливаются промывкой, а через 20-30 минут – струей горячей воды.

В конце жидкостной очистки нужно тщательно просушить нейтрализатор с помощью сжатого воздуха. Если чистота детали вас не удовлетворит, процедура повторяется еще раз с самого начала.

В случае с механической очисткой важно проявить аккуратность и не давить наждачкой на соты слишком сильно. Керамические детали могут треснуть, раскрошиться и от небольшого давления.

Зачем вырезают катализатор из автомобиля?

Весьма популярна практика самостоятельного удаления катализатора из выхлопной системы авто. Делается это не просто так – демонтаж нейтрализатора предоставляет водителю преимущества:

• не надо покупать новую деталь;
• увеличение мощности двигателя;
• можно заливать «грязное» топливо;
• уменьшение расхода топлива;
• отсутствие ошибок лямбда-зонда;
• нет проблем с запуском двигателя.

Автомобиль вполне исправно работает и без каталитического нейтрализатора. Но последствия все же есть, и в первую очередь для окружающей среды. Выхлоп становится грязным и приобретает неприятный запах. В выхлопной системе могут появляться посторонние звуки, шумы и вибрации.

Если удаление было сделано неправильно, на приборной панели регулярно будут отображаться ошибки. Также машина без катализатора не сможет пройти регулярный технический осмотр.

Как удалить устройство из выхлопной системы?

Для демонтажа катализатора потребуется установить автомобиль над смотровой ямой. Далее из положения снизу демонтируется та часть выхлопной трубы, на которой установлен этот элемент. После этого нейтрализатор срезается болгаркой, и труба заваривается, либо разбирается, если такая возможность предусмотрена конструктивно. Последний этап – монтаж пламегасителя. Он обеспечит нормальную работу резонатора выхлопной трубы и устранит ряд плохих последствий.

Сложность удаления катализатора заключается в риске повредить выхлопную трубу, резонатор или выпускной коллектор в зависимости от того, где установлен элемент. Несмотря на возможность самостоятельного демонтажа катализатора, рекомендуется доверять эту работу специалистам из автосервиса. Так риск негативных последствий для автомобиля будет минимальным или нулевым.

Заключение

Каталитический нейтрализатор, несмотря на благородное предназначение, доставляет водителю больше проблем, нежели пользы. Невысокое качество и чистота топлива делают из теоретически «вечной» детали часто выходящий из строя рудимент. Все больше автовладельцев предпочитают удалять катализатор и устанавливать на его место обманку – такой шаг обходится заметно дешевле.

Каждый автомобилист сам решает, изымать нейтрализатор из выхлопной системы своего авто, или нет. Однако в развитых странах Европы давно приняли решение – наличие катализатора в авто играет большую роль для всей природы и для каждого человека в отдельности. Вот по этой причине катализаторы в обязательном порядке устанавливаются на все современные автомобили мира.

Рекомендуем почитать:

• 0 комментариев

  ТОП 15 самых длинных автомобилей в мире — длина в метрах и фото

  С развитием научно-технического прогресса человечество постоянно стремилось создать что-то необычное, пусть и не имеющее практического…

  22 сентября

• 0 комментариев

  Строение современного легкового автомобиля

  Автомобиль — это сложный механизм. Но каждый водитель должен хотя бы базово понимать, по какому…

  19 июля

• 0 комментариев

  Бьет руль при торможении на большой скорости — причины и способы решения

  Некоторым водителям кажется, что если руль начинает дрожать, то это неопасно и проблема исчезнет самостоятельно….

  13 мая

Катализатор автомобильный: работа, типы, конструкция

На чтение 7 мин Просмотров 10.9к. Опубликовано 15.05.2020
Обновлено 16.04.2022

Каталитический нейтрализатор (катализатор) представляет собой устройство контроля выбросов выхлопных газов, которое превращает токсичные газы и загрязняющие вещества в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания в менее токсичные загрязняющие вещества, катализируя окислительно-восстановительную реакцию (реакцию окисления и восстановления).

Катализаторы обычно используются с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе.

Содержание

Принцип работы

В процессе работы автомобильного двигателя образуются выхлопные газы. Эти газы попадают в выпускной коллектор и далее — в каталитический преобразователь.

Выхлопной газ, состоящий из токсичных веществ, проходит через структуру нейтрализатора. Вещества-катализаторы в составе конвертера вызывают химические реакции, преобразующие вредные вещества в безвредные.

Катализатор окисления изготовлен из палладия и платины, а катализатор восстановления — из родия и платины. В результате реакций в каталитическом преобразователе образуются: углекислый газ, азот, вода.

Конструкция

Каталитический преобразователь представляет собой металлический корпус из нержавеющей стали, в котором есть сердцевина с сотовой структурой. Она покрыта драгоценными металлами, такими как платина и родий. Эти металлы реагируют с выхлопными газами двигателя. Они уменьшают содержание токсичных газов, превращая их в углекислый газ и воду.

Керамическая конструкция дешевле в производстве, но у неё есть большой минус — хрупкость. Достаточно небольшого удара, чтобы керамические соты треснули и осыпались.

В первую очередь катализатор реагирует с окисью углерода, образующейся при сгорании бензина. Он также реагирует с углеводородами, образованными несгоревшим топливом и оксидами азота. Таким образом, нейтрализатор превращает эти газы в менее вредные побочные продукты, такие как диоксид углерода, водяной пар и азот.

Чтобы катализатор был эффективным, его температура должна быть около 400 °C. Вот почему они обычно соединены с выпускным коллектором. По этой же причине датчики кислорода имеют нагревательные элементы.

Типы каталитических нейтрализаторов

Есть три разных типа автомобильных катализаторов. Первый тип — катализатор окисления. Он уменьшает вредные загрязнения, такие как угарный газ (CO) и углеводороды топлива (HC) в выхлопе. Одновременно часто используется вторичный впрыск воздуха. Однако катализатор окисления уменьшает только часть загрязняющих веществ.

Двухступенчатый катализатор

Второй тип — двуступенчатый каталитический нейтрализатор, который является более совершенным. Работает в два этапа. Есть два элемента, которые расположены один за другим.

Двусторонний (или «окислительный») каталитический нейтрализатор имеет две одновременные задачи:

1. Окисление оксида углерода до диоксида углерода:
   2CO + O₂ → 2CO₂.
2. Окисление углеводородов (несгоревшего и частично сгоревшего топлива) до диоксида углерода и воды:
   CxH₂x + 2 + [(3x + 1) ⁄ 2] O₂ → xCO₂ + (x + 1) H₂O (реакция горения).

Этот тип автомобильных катализаторов широко используется в дизельных двигателях для снижения выбросов углеводородов и окиси углерода. Они также использовались на бензиновых двигателях в автомобилях американского и канадского рынков до 1981 года. Из-за неспособности контролировать оксиды азота они были заменены трехступенчатыми нейтрализаторами.

Трёхступенчатый катализатор

Третий тип — это трёхступенчатый каталитический нейтрализатор. Начал использоваться с 1981 г. Он преобразовывает вредные газы, выходящие из двигателя, в безвредные.

Выхлопные газы двигателя содержат опасные вещества, которые наносят вред окружающей среде. К ним относятся оксиды азота, углеводороды и оксид углерода. Трехступенчатый катализатор превращает их в менее вредный диоксид углерода, воду и азот.

Три ступени очистки выхлопных газов выглядят так:

1. Восстановление оксидов азота до азота (N2):
   2 CO + 2 NO → 2 CO₂ + N₂
   углеводород + NO → CO₂ + H₂O + N₂
   2 H₂ + 2 NO → 2 H₂O + N₂;
2. Окисление угарного газа до углекислого газа:
   2 CO + O₂ → 2 CO₂;
3. Окисление несгоревших углеводородов (HC) до диоксида углерода и воды в дополнение к вышеуказанной реакции NO:
   углеводород + O₂ → H₂O + CO₂;

Эти три реакции происходят наиболее эффективно, когда катализатор получает выхлоп от двигателя, работающего немного выше стехиометрической точки. Для сжигания бензина это соотношение составляет от 14,6 до 14,8 частей воздуха на одну часть топлива. Эффективность преобразования очень быстро падает, когда двигатель работает вне этих пределов.

При бедной смеси выхлоп содержит избыточный кислород и это не способствует реакции восстановления NO_x. При богатой смеси избыточное топливо потребляет весь доступный кислород перед нейтрализатором, оставляя для функции окисления только кислород, находящейся в катализаторе.

Большинство автопроизводителей используют в своих транспортных средствах именно трехступенчатые нейтрализаторы, которые соответствуют строгим нормам выбросов.

Где и как расположен катализатор

В большинстве транспортных средств каталитический нейтрализатор расположен рядом с выпускным коллектором двигателя. Преобразователь быстро нагревается благодаря воздействию очень горячих выхлопных газов, что позволяет снизить вредные выбросы во время прогрева двигателя.

Это достигается путем сжигания избыточных углеводородов, которые образуются в результате обогащенной смеси, необходимой для холодного пуска.

В некоторых трехкомпонентных катализаторах есть системы впрыска воздуха, который подается между первой (восстановление NO_х) и второй (окисление углеводородов и СО) ступенью преобразователя.

Как и в двухступенчатых преобразователях, этот нагнетаемый воздух обеспечивает кислород для реакций окисления. Также иногда присутствует точка впрыска воздуха выше по потоку, перед каталитическим нейтрализатором, чтобы обеспечить дополнительный кислород только во время прогрева двигателя.

Это приводит к тому, что несгоревшее топливо воспламеняется в выхлопном тракте, тем самым предотвращая его попадание в каталитический конвертер. Этот метод сокращает время работы двигателя, необходимое для достижения рабочей температуры катализатора.

Большинство новых автомобилей имеют электронные системы впрыска топлива и не требуют впрыска воздуха в своих выхлопных трубах. Вместо этого они обеспечивают точно контролируемую топливовоздушную смесь, которая быстро и непрерывно переключается между обеднённым и обогащённым состоянием.

Датчики кислорода контролируют содержание кислорода в отработавших газах до и после каталитического нейтрализатора, и блок управления двигателем использует эту информацию для регулировки впрыска топлива.

Смотрите также видео о том, как устроен автомобильный катализатор:

Катализатор дизельного двигателя

Для двигателей с воспламенением от сжатия (то есть для дизельных двигателей) наиболее часто используемым каталитическим нейтрализатором является катализатор окисления дизельного топлива (diesel oxidation catalyst — DOC).

DOC содержат палладий, платину и оксид алюминия, которые окисляют углеводороды и оксид углерода кислородом с образованием углекислого газа и воды.

• 2 CO + O₂ → 2 CO₂
• CxH₂x + 2 + [(3x + 1) / 2] O₂ → x CO₂ + (x + 1) H₂O

Эти преобразователи часто работают с 90-процентной эффективностью, фактически устраняя запах дизельного топлива и помогая уменьшить видимые частицы (сажу).

Эти конверторы не уменьшают NOx, потому что любой присутствующий восстановитель будет реагировать в первую очередь с высокой концентрацией O₂ в выхлопных газах дизельного топлива.

Раньше сокращение выбросов NOx от дизельных двигателей решалось путем добавления выхлопных газов во впускной коллектор, известное как рециркуляция выхлопных газов (EGR).

В 2010 году большинство производителей дизелей добавили каталитические системы в свои автомобили, чтобы соответствовать новым требованиям по выбросам.

Все транспортные средства, работающие на дизельном топливе и изготовленные после 1 января 2007 года, должны соответствовать ограничениям на выбросы дизельных частиц, что означает, что они должны быть оснащены двухсторонним каталитическим преобразователем и иметь сажевый фильтр.

Ферменты являются катализаторами

Катализатор — это химическое вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, не изменяясь при этом. Тот факт, что они не изменяются при участии в реакции, отличает катализаторы от субстратов, которые являются реагентами, на которых работают катализаторы. Ферменты катализируют биохимические реакции. Они во многом похожи на другие химические катализаторы:

1. Ферменты и химические катализаторы воздействуют на скорость, но не константа равновесия химической реакции. Реакции протекают с пониженной энергией в соответствии со вторым законом термодинамики. Катализаторы просто сокращают время, необходимое термодинамически предпочтительной реакции для достижения равновесия. Помните, что Второй закон термодинамики говорит , может ли протекать реакция, но не как быстро она происходит.
2. Ферменты и химические катализаторы увеличивают скорость химической реакции в в обе стороны, вперед и назад. Этот принцип катализа следует из того, что катализаторы не могут изменить равновесие реакции. Поскольку равновесная реакция протекает с одинаковой скоростью в обоих направлениях, катализатор, ускоряющий прямую, но не обратную реакцию, неизбежно изменяет равновесие реакции.
3. Ферменты и химические катализаторы связывают свои субстраты, не постоянно, а временно — на короткое время. Здесь нет действия на расстоянии. Часть фермента, которая связывает субстрат и осуществляет фактический катализ, называется активный сайт.

Ферменты отличаются от обычных химических катализаторов в нескольких важных аспектах:

1. Ферменты специфичны. Химические катализаторы могут реагировать с различными субстратами. Например, гидроксид-ионы могут катализировать образование двойных связей, а также гидролиз сложных эфиров. Обычно ферменты катализируют только один тип реакции и часто действуют только на одно или несколько соединений-субстратов.
2. Ферменты работают в мягких условиях. Для работы химических катализаторов часто требуется высокая температура и/или давление. Например, азот может быть восстановлен до аммиака в промышленных масштабах с помощью процесса Габера, катализируемого железом, при 500°С и давлении N ₂ 300 атмосфер. Напротив, ту же реакцию проводят ферментативно при 25°С. и давление менее 1 атмосферы N ₂ . Эти мягкие условия температуры, давления и pH характеризуют ферментативный катализ, особенно внутри клеток.
3. Ферменты стереоспецифичны. Химический катализ реакции обычно приводит к смеси стереоизомеров. Например, добавление катализируемой кислотой воды к двойной связи приводит к эквимолярной (50:50) смеси изомеров D и L, куда добавляется вода. Напротив, катализ добавления воды ферментами приводит к полному образованию либо D-, либо L-изомера, но не обоих.
4. Ферменты представляют собой макромолекулы. Макромолекулы состоят из белка или, в некоторых случаях, из РНК. Большинство химических катализаторов представляют собой либо поверхности, например, такие металлы, как платина, либо небольшие ионы, такие как ионы гидроксида.
5. Ферменты часто регулируются. Регулирование происходит либо за счет концентрации субстратов, за счет связывания малых молекул или других белков, либо за счет ковалентной модификации боковых цепей аминокислот ферментов. Таким образом, эффективность фермента может быть изменена без изменения концентрации фермента; с другой стороны, эффективность химического катализатора обычно определяется его общей концентрацией.

Катализатор | Факты, резюме и определение

Ищете примечания к пересмотру, относящиеся к экзаменационной комиссии, которую вы изучаете? Если это так, щелкните ссылки ниже, чтобы просмотреть наши сжатые, простые для понимания примечания к пересмотру для каждой экзаменационной комиссии, буклеты с практическими экзаменационными вопросами, наглядные пособия по картам памяти, интерактивные викторины, презентации PowerPoint и библиотеку прошлых работ непосредственно с экзаменационных комиссий.

Содержание

Ключевая информация и резюме

• Катализатор – это вещество, которое увеличивает скорость реакции, не расходуясь при этом само.
• Они обеспечивают альтернативный путь реакции с более низкой энергией активации.
• Катализаторы делятся на два основных типа: гетерогенные и гомогенные
• Автокатализ — это реакция, которая может ускоряться сама по себе, так как один из продуктов может катализировать реакцию
• Ферменты являются биологическими катализаторами

Что такое катализатор?

Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость реакции без израсходования 9Сам 0004. Они действительно химически изменяют во время реакции, но не навсегда . Они могут либо снизить энергию активации реакции, либо полностью изменить механизм реакции. Катализаторами могут быть переходный металл , оксид переходного металла или фермент .

Как работают катализаторы?

Вам необходимо знать, что скорость реакции зависит от двух основных факторов: энергии активации и температура . Энергия активации реакции равна энергии, которая должна быть предоставлена ​​ для того, чтобы произошла химическая реакция – она измеряется в джоулей (Дж) . Если к реакции добавляется катализатор, он может обеспечить альтернативный механизм реакции с более низкой энергией активации . Эта более низкая энергия активации означает, что реакция может протекать с более высокой скоростью без необходимости изменения температуры или концентрации реагентов.

Поскольку катализаторы снижают энергию активации, молекул сталкиваются с энергией, необходимой для достижения переходного состояния. Как видно из приведенной выше диаграммы, фактическая термодинамика и конечный продукт реакции остаются теми же независимо от того, присутствует катализатор или нет.

Катализаторы реагируют с одним (или несколькими) реагентами с образованием промежуточного продукта . Затем он вступает в реакцию с образованием конечного продукта реакции и, следовательно, регенерацией катализатора в процессе. Таким образом, катализаторы не израсходовал в реакции. Так как катализаторы регенерируются в ходе реакции, это означает, что вам обычно достаточно добавить небольшое количество для увеличения скорости реакции.

Катализаторы можно разделить на два основных типа : гетерогенные и гомогенные.

Гетерогенные катализаторы

Гетерогенные катализаторы представляют собой катализаторы, которые существуют в различных фазах по отношению к реагентам. Например, твердый катализатор, используемый в реакции с жидкостями, будет гетерогенным катализатором — вы можете помнить об этом, зная, что «гетеро» означает «другой».

Гетерогенные катализаторы работают в основном по одному и тому же механизму. Один (или более) из реагентов абсорбируется на поверхность катализатора в его активных центрах. Адсорбция — это , а не , то же самое, что и абсорбция — адсорбция — это когда молекула реагента прилипает к поверхности катализатора, в отличие от абсорбции, когда молекула поглощается.

После адсорбции молекулы реагентов и катализатор взаимодействуют , в результате чего молекулы реагентов еще реактивный . Затем происходит основная реакция с образованием продукта , который затем десорбируется с поверхности катализатора. Это оставляет активный центр катализатора пустым, что означает, что больше молекул может адсорбироваться на нем и вступать в реакцию. На изображении ниже показан пример гетерогенной каталитической реакции.

Чтобы что-то стало хорошим гетерогенным катализатором, оно должно поглощать молекулы реагентов достаточно сильно, чтобы они могли реагировать, но не слишком сильно, чтобы продукт не мог десорбировать . Например, платина является хорошим гетерогенным катализатором, потому что реагенты могут легко адсорбироваться, но продукт легко отделяется.

Катализаторы этого типа часто представляют собой мелкодисперсный порошок . Это помогает максимизировать площадь поверхности и, таким образом, обеспечить наиболее эффективную скорость реакции. Этот тип катализатора также может быть очень легко выделен из реакционной смеси , что означает, что дорогостоящие катализаторы могут быть восстановлены и 0003 повторно используется .

Гомогенные катализаторы

Гомогенные катализаторы существуют в той же фазе , что и реагенты, обычно в растворе. Например, жидкий катализатор, используемый в реакции, где реагенты также являются жидкостями, катализаторы будут гомогенными — вы можете запомнить это, зная, что «гомо» означает «одинаковый».

Катализ в этой форме обусловлен временными изменениями степени окисления (и лигандов) переходного металла – это формирует то, что известно как 0003 каталитический цикл . Проще говоря, реакции происходят через промежуточные частицы, и катализатор преобразуется в процессе .

Гомогенные катализаторы могут «смешиваться» с реагентами, что означает, что степень взаимодействия между катализаторами и молекулами реагентов будет очень высокой . Однако это также означает, что катализаторы обычно не могут быть восстановлены после завершения реакции.

Автокатализ

Существует дополнительный тип катализа, который называется автокатализа . Это реакция , которая катализируется одним из продуктов реакции. В этом типе реакции по мере образования катализатора скорость реакции будет возрастать . Он будет продолжать ускоряться по мере образования большего количества катализатора. В конце концов, весь катализатор будет израсходован и скорость реакции снизится. Это хорошо поясняет приведенная ниже кривая.

Проще говоря, автокатализ — это реакция, которая может ускорить себя .

Ферменты как катализаторы

Ферменты известны как биологические катализаторы . Это белки, которые увеличивают скорость химической реакции благодаря своему активному центру. Они работают точно так же, как и другие катализаторы, то есть обеспечивают альтернативный путь реакции с более низкой энергией активации . Это жизненно важно для биологических систем, потому что скорость реакции при комнатная температура и давление очень низкие . Они также, как и другие катализаторы, не расходуются во время реакции и поэтому могут многократно катализировать.

В отличие от других катализаторов ферменты обычно могут катализировать только один тип реакции и регулируются концентрацией субстрата.