Ετερογενής Κατάλυση

Η έννοια της ετερογενούς κατάλυσης περιλαμβάνει κάποιες βασικές γνώσεις σχετικά με τους καταλύτες, τις φάσεις, τους τύπους κατάλυσης κ.λπ. Ας κατανοήσουμε λοιπόν πρώτα αυτούς τους όρους για να πάρουμε μια καλύτερη ιδέα για την Ετερογενή κατάλυση.

• Φάσεις- Μια φάση μιας ουσίας είναι η φυσική της μορφή όπου έχει ομοιόμορφες φυσικές ιδιότητες παντού. Οι φάσεις περιλαμβάνουν στερεό, υγρό και αέριο.
• Καταλύτες- Αυτές είναι οι ουσίες που προστίθενται σκόπιμα σε μια χημική αντίδραση για να αυξηθεί ο ρυθμός αυτής της αντίδρασης. Δεν συνδυάζεται με τα αντιδρώντα και απλώς βοηθά στη διαδικασία.
• Τύποι κατάλυσης- Η διαδικασία προσθήκης καταλύτη είναι κατάλυση και μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες. Ετερογενής και ομοιογενής κατάλυση.
• Ετερογενής κατάλυση- Είναι η διαδικασία όπου η φάση του καταλύτη που προστίθεται είναι διαφορετική από αυτή των αντιδρώντων ή των προϊόντων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο καταλύτης βρίσκεται στη στερεή φάση, ενώ τα αντιδρώντα βρίσκονται στην αέρια ή υγρή φάση σε ετερογενή κατάλυση.

Κύκλος διεργασίας μιας ετερογενούς κατάλυσης-

Σύμφωνα με αυτή τη διαδικασία, η φάση του καταλύτη είναι τυπικά στερεή ενώ τα αντιδρώντα και τα προϊόντα βρίσκονται σε αέρια κατάσταση. Η όλη διαδικασία της Ετερογενούς Κατάλυσης μπορεί να χωριστεί περαιτέρω σε έναν κύκλο 3 βημάτων. Αυτό περιλαμβάνει Προσρόφηση, Αντίδραση και μετά Εκρόφηση. Και τα τρία βήματα εμφανίζονται στην επιφάνεια του καταλύτη.

Το πρώτο βήμα είναι η προσρόφηση των αντιδρώντων (ονομάζονται επίσης προσροφητικά). Τα αντιδρώντα που βρίσκονται στην αέρια φάση θα έβρισκαν την επιφάνεια του καταλύτη (που ονομάζεται προσροφητής) και θα δημιουργήσουν δεσμούς με τα άτομα στην επιφάνειά του. Τα προσροφητικά προσκολλώνται στον στερεό καταλύτη και γι' αυτό προτιμάται μεγαλύτερη επιφάνεια.

Στο επόμενο βήμα, εμφανίζεται η αντίδραση. Στην επιφάνεια του καταλύτη, τα αντιδρώντα ενώνονται και σχηματίζονται τα επιθυμητά προϊόντα. Ο καταλύτης δεν αντιδρά και δεν καταναλώνεται σε αυτή τη διαδικασία.

Στη συνέχεια, τελικά, εμφανίζεται η Εκρόφηση, η οποία είναι ακριβώς το αντίθετο από την Προσρόφηση. Τώρα τα τελικά προϊόντα αποσπώνται από την επιφάνεια του καταλύτη και η διαδικασία σταματά εδώ.

Τύποι προσρόφησης- Φυσιπροσρόφηση και χημειορόφηση

Υπάρχουν δύο πιθανοί τρόποι με τους οποίους η προσρόφηση θα μπορούσε να συμβεί σε ετερογενή κατάλυση. Αυτό βασίζεται στη δύναμη του δεσμού τους που σχηματίζεται με τον καταλύτη. Ας τις εξετάσουμε.

1. Ετερογενής κατάλυση με Physisorption-

Αυτό είναι η προσρόφηση ασθενούς δεσμού των αντιδρώντων στην επιφάνεια του καταλύτη. Αυτή η προσρόφηση συμβαίνει ως αποτέλεσμα των αδύναμων δυνάμεων έλξης Van Der Waals. Οι δυνάμεις που μπορεί να συμβάλλουν στη φυσικορόφηση περιλαμβάνουν δυνάμεις διπόλου-διπόλου, αλληλεπιδραστικές δυνάμεις μεταξύ ενός διπόλου και ενός επαγόμενου διπόλου ή ακόμη και τις δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου.

Κάτω από αυτό το είδος προσρόφησης, δεν σχηματίζονται χημικοί δεσμοί. Αυτά τα αντιδρώντα στην επιφάνεια του καταλύτη είναι επίσης ελεύθερα να κινούνται κατά μήκος της επιφάνειας. Τα άτομα βρίσκονται σε μια ενδιάμεση ενεργειακή κατάσταση όταν συμβαίνει φυσικορόφηση. Από εδώ και πέρα ​​υπάρχουν δύο πιθανότητες. Θα μπορούσε είτε να υποστεί χημική απορρόφηση και να σχηματίσει ισχυρότερο δεσμό είτε να εκροφηθεί και να διασπαστεί από την επιφάνεια του καταλύτη.

2. Ετερογενής κατάλυση με Χημειοσρόφηση-

Τώρα, εάν το μόριο του αντιδραστηρίου φτάσει ακόμη πιο κοντά στην επιφάνεια του καταλύτη, σχηματίζεται ένας πολύ ισχυρότερος δεσμός. Αυτό ονομάζεται Χημειοσρόφηση και εδώ, ακόμη και τα νέφη ηλεκτρονίων τους επικαλύπτονται. Τόσο το προσροφητικό όσο και το προσροφητικό μοιράζονται ηλεκτρόνια σε αυτό το στάδιο και σχηματίζουν επιτυχώς έναν ισχυρό χημικό δεσμό, σε αντίθεση με τη φυσιορόφηση.

Και πάλι, αυτή η διαδικασία χημειορόφησης μπορεί να συμβεί με δύο τρόπους. Είτε με μοριακή προσρόφηση στην οποία η χημική δομή του μορίου του αντιδρώντος είναι αμετάβλητη είτε με προσρόφηση διάσπασης όπου επηρεάζονται οι χημικοί δεσμοί εντός του αντιδραστηρίου. Και οι δύο αυτοί τρόποι χρησιμοποιούνται ανάλογα με τα αντιδρώντα και τα προϊόντα.

Παραδείγματα Ετερογενούς Κατάλυσης-

Η ετερογενής κατάλυση χρησιμοποιείται ευρέως στη χημική και ενεργειακή βιομηχανία για την παραγωγή διαφόρων χημικών ουσιών. Χρησιμοποιούνται καταλύτες με φάσεις διαφορετικές από τα αντιδρώντα. Μερικά κοινά παραδείγματα για το ίδιο παρατίθενται παρακάτω:

1. Η διαδικασία Haber-Bosch- Είναι η πιο διάσημη διαδικασία που χρησιμοποιείται για την παραγωγή αμμωνίας. Το υδρογόνο και το άζωτο αντιδρούν μαζί υπό την παρουσία των οξειδίων του καταλύτη του σιδήρου στην αλουμίνα.
2. Η διαδικασία για τη σύνθεση Θειικού οξέος- Οξυγόνο και διοξείδιο του θείου αντιδρούν μαζί καταλυόμενα από τα οξείδια του βαναδίου. Αυτή είναι η Επαφή-Διαδικασία.
3. Η διαδικασία Ostwald- Η επόμενη διαδικασία είναι η σύνθεση του νιτρικού οξέος. Τα αντιδρώντα για το ίδιο είναι η αμμωνία και το οξυγόνο και η μη υποστηριζόμενη γάζα πλατίνας-ρόδιου δρα ως καταλύτης στη στερεά φάση.
4. Αναμόρφωση ατμού- Αυτή είναι η διαδικασία για την παραγωγή υδρογόνου. Η αναμόρφωση του μεθανίου με ατμό περιλαμβάνει μεθάνιο και νερό ως αντιδρώντα και καταλύεται από το νικέλιο ή το οξείδιο του καλίου.
5. Η σύνθεση του οξειδίου του αιθυλενίου- Αυτή η διαδικασία απαιτεί αιθυλένιο και οξυγόνο που καταλύονται από ασήμι σε αλουμίνα για την παραγωγή του.

Εξαιρέσεις υπό ετερογενή κατάλυση-

Παρόλο που σχεδόν όλες οι ετερογενείς κατάλυση έχουν καταλύτες στη στερεά φάση, υπάρχουν μερικές πρακτικές περιπτώσεις όπου αυτό δεν είναι αλήθεια. Είναι δυνατόν να έχουμε μια χημική αντίδραση στερεού-υγρού και υγρού-υγρού όπου ο καταλύτης είναι σε υγρή κατάσταση. Στην περίπτωση δύο μη αναμίξιμων υγρών, το ένα υγρό μπορεί να είναι ο καταλύτης ενώ το άλλο μεταφέρει τα αντιδρώντα.

Συμπέρασμα-

Η ετερογενής κατάλυση είναι μια πολύ σημαντική έννοια και έχει μεγάλη αξία λόγω των ευρειών πρακτικών εφαρμογών της. Αυτό καθιστά πολύ σημαντικό να το κατανοήσουμε καλά. Το άρθρο καλύπτει σχεδόν όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για την ετερογενή κατάλυση. Ωστόσο, αν χρειάζεστε βοήθεια, μπορείτε πάντα να σκεφτείτε το Unacademy. Οι λεπτομερείς σημειώσεις θα σας βοηθήσουν να ξεκαθαρίσετε τις έννοιες που θα σας μείνουν για πολύ καιρό. Κάθε υποψήφιος που προετοιμάζεται για το JEE-Mains ή το Advance θα πρέπει να διερευνήσει τις σε βάθος γνώσεις και ερωτήσεις σχεδόν κάθε τύπου που παρέχονται από το Unacademy.