کاتالیست نیکل

معرفی کاتالیست

كاتاليست ماده اي است كه مي تواند منجر به تغيير نرخ (سرعت) يك واكنش شيميايي شود، بدون آنكه خود در واكنش مصرف شود.  بصورت تئوري دو نوع كاتاليست وجود دارد: گاتاليست مثبت كه منجر به افزايش نرخ واكنش مي شود و كاتالبست منفي كه منجر به كاهش نرخ واكنش مي شود. در صنعت همواره منظور از كاتاليست، كاتاليست مثبت است و كاتاليست منفي مهار كننده ناميده مي شود.

وجود كاتاليست باعث امكانپذير شدن واكنش هاي جايگزين براي توليد محصول فرايند شيميايي مي شود كه انرژي فعال سازي كمتري نسبت به واكنش بدون كاتاليست دارند بنابراين نرخ واكنش افزايش مي يابد.  كاتاليست در حين واكنش شيميايي دچار تغيير فاز شيميايي مي شود اما در نهايت بازتوليد شده و به شكل اوليه بر مي گردد.

همانطور که گفته شد اساسآ کاتالیزور به عنوان یک ترکیب شیمیایی در نظر گرفته می شود که قادر به اعمال اثر تسریع کنندگی و اثر جهت دهندگی بر پیشرفت واکنشی باشد که از نظر ترمودینامیکی امکان پذیر است. هنگامی که کاتالیزور به صورت محلول در محیط واکنشی است "کاتالیزور همگن" و وقتی که کاتالیزور فازی مجزا از فاز واکنش تشکیل میدهد "کاتالیزور ناهمگن" نامیده می شود.

در اکثر موارد کاتالیزور ناهمگن، کاتالیزور جامدی است که از تماس با آن واکنش گرهای گازی یا مایع، متحول می شوند و در نتیجه خیلی اوقات عبارت "کاتالیست" برای نامیدن کاتالیزور ناهمگن به کار می رود .

واکنشهای کاتالیزوری جامد

این واکنشها دوفازی هستند که کاتالیست فاز جامد، و ترکیب شونده ها و محصولات، فاز سیال می باشند. اصولآ واکنشهای کاتالیزوری شامل شکسته شدن یا سنتز مولکولها است و معمولآ این واکنشها انرژی اکتیواسیون بالایی دارند و در نتیجه بدون وجود یک ماده تسریع کننده،  انجام واکنش ممکن نیست. مانند تولید امونیاک. (بعضی کاتالیستها سرعت واکنش را کند می کنند .

یکی از مهمترین خواصی که باید کاتالیستها داشته باشند، مسئله انتخاب پذیری آنهاست. یعنی کاتالیستها بین صدها واکنش که ممکن است صورت گیرد، فعل وانفعالی که ما می خواهیم را تسریع کند و معمولآ واکنشها و کاتالیستهای حیاتی، صددرصد چنین وضعیتی  را دارند، مثل آنزیمها.

کاتالسیتهای جامد از مراکز فعالی  تشکیل شده اند که این مراکز هم روی سطح  خارجی هستند و اگر متخلخل باشند، در داخل تخلخل هم هست. وقتی مولکولها به نقاط فعال  نزدیک می شوند، طبق یک تئوری مولکولی جذب سطحی مراکز فعال می شود و به صورت یک ماده واسطه درمی اید. در تئوری دیگر، مولکولها تحت تأثیر نقاط فعال قرار می گیرند ولی جذب نمی شوند (تحت تأثیر نیروها هستند) و تحرکشان کم می شود و انرژیشان تغییر می کند و به صورت یک ماده واسطه در می آیند. در تئوری دیگر، ماده جذب مراکز فعال می شود، تبدیل به ماده واسطه شده و به صورت یک ریشه آزاد وارد فاز سیال شده و واکنش انجام می گیرد. در تئوری اول و دوم فعل و انفعال در حوالی نقاط فعال صورت می گیرد و در تئوری سوم واکنش در توده سیال  صورت می پذیرد.

مشخصات اصلی کاتالیستها

     در طی  واکنش ، کاتالیست بدون تغییر باقی می ماند وتنها سرعت واکنش را افزایش می دهد.

     هنگامی که سازوکارهای متعددی برای انجام واکنش موجود باشند، کاتالیست بایستی خاصیت انتخاب پذیری داشته باشد. در اصل بایستی کاتالیست نسبت تولید ماده مطلوب را نسبت به ماده ناخواسته افزایش دهد.

    سرعت واکنش متناسب با غلظت کاتالیست است و برای واکنشهای گاز-جامد، سطح کاتالیست وسطوح فعال بسیار مهم است.

در یک واکنش برگشت پذیر کاتالیست به همان نسبت که سرعت واکنش رفت را افزایش می دهد، بر سرعت    واکنش برگشت هم مؤثر است. بنابراین ترکیبی درصد تعادلی سیستم چه در حضور کاتالیست و چه بدون آن یکسان  است.

  در واکنشهای اتوکاتالیستی مقدار کمی از محصول بایستی در ابتدا وجود داشته باشد.مکانیسم واکنشهای کاتالیزوری جامد فرضیات اساسی که برای بیان مکانیسم واکنشهای کاتالیستی جامد بیان می شود عبارتند از :

۱-   نفوذ ترکیب شونده ها از توده سیال به سطح کاتالیست و داخل حفره ها

۲    جذب ترکیب شونده ها بر روی سطوح فعال

۳-   واکنش ترکیب شونده ها با هم روی سطح برای تشکیل محصولات

۴-   دفع محصولات از سطح کاتالیست

۵-   نفوذ محصولات از نزدیک سطح به توده سیال

 فاکتورهای مؤثر بر واکنشهای کاتالیستی

هر یک از پنج فرض ذکر شده در قبل تأثیرپذیر از یکی یا بیشتر از عوامل ذیل هستند:

  •         فاکتورهای دینامیک سیال (مثل سرعت جرمی)
  •         خواص کاتالیست، نظیر اندازه ذرات، تخلخل، اندازه حفره ها و مشخصات سطح
  •         مشخصات نفوذی ترکیب شونده ها و محصولات
  •         انرژی اکتیواسیون لازم به منظور جذب یا دفع (ترکیب شونده ها و محصولات)
  •         انرژی اکتیواسیون واکنش انجام شده روی سطح
  •         فاکتورهای حرارتی، نظیر دما و خواص ترموفیزیکی

پاسخ دهید