Для чего служит катализатор: Для чего нужен катализатор в автомобиле — Лайфхак

Содержание

Зачем нужен старый катализатор в авто и можно ли его удалить? | Обслуживание | Авто

Автомобили возрастом свыше 15 лет, которые проездили в России более 150 тысяч пробега, всегда имеют проблемы с системой выхлопа. Владельцы, наслушавшись разговоров об опасности старого катализатора в выхлопной системе, спешат его демонтировать. Причем вместе с катализатором они меняют и систему контроллеров с датчиком кислорода или перепрошивают двигатель под более низкие экологические стандарты. Допустима ли такая самодеятельность и как отсутствие катализатора может повлиять на функционирование мотора?

Принцип действия очистителя выхлопа

Самым токсичным газом в выхлопе автомобиля считается угарный газ, а также оксиды азота, являющиеся продуктом неполного сгорания углеводородного топлива. В 1970 году к иностранным производителям было предъявлено требование оснастить все машины нейтрализатором отработанных газов, который дожигал их в специальной термической камере. С 1975 года установка катализаторов стала обязательным требованием к производителям автомобилей за рубежом.

Действует каталитический нейтрализатор таким образом: в керамических ячейках газ раскаляется до 750-900 градусов и разлагается на углекислый газ, а также на азот и кислород.

Катализатор, несмотря на свою надежность, имеет сроки службы и выходит из строя через 10-15 лет эксплуатации. Его ресурс также снижается из-за физических повреждений или по причине оплавления и спекания ячеек, в результате использования некачественного топлива или банально из-за неисправностей системы зажигания. В результате нарушается проходимость газов, снижается отдача мотора, наблюдается потеря динамики. В общем, требуется замена нейтрализатора.

Удаление нейтрализатора и перепрошивка ЭБУ

Отечественные мастера для 10-летних или 15-летних машин рекомендуют другой порядок «ремонта». Они удаляют банку целиком и вваривают вместо нее трубы выхлопной системы.

Этот шаг влечет за собой массу побочных эффектов. При отсутствии каталитического нейтрализатора программы управления двигателем начинают сбоить. Они опрашивают датчики, в том числе лямбда-зонд, измеряющий количество кислорода в выхлопе. Ориентируясь на полученные данные, электронный блок управления «решает», сколько впрыскивать топлива в цилиндры через форсунки. Однако если прибор утрачен, то нужная информация отсутствует, и система переходит в аварийный режим, снижает тягу и готовит усредненную смесь. Характеристики мотора резко падают.

Мастера советуют в этом случае перепрошить электронный блок управления и перевести его на Евро 2. В этом случае работа впрыска тоже будет подведена к какому-то усредненному значению, искажающему изначальные характеристики мотора. График его работы видоизменяется, мощность падает, снижается планка крутящего момента.

В общем, после удаления каталитического нейтрализатора мотор уже не станет выдавать прежних характеристик. Кроме того, усредненная смесь будет сгорать в цилиндрах не полностью, начнется выпадение смол, закоксовывание мотора, и проявятся прочие вредные явления, постепенно разрушающие силовой агрегат.

Токсичный выхлоп

Есть и другой способ — установить в систему выхлопа обманку. Датчик кислорода устанавливается в специальную проставку так, чтобы в него попадало как можно большей кислорода из атмосферы. В результате менять ПО не требуется, поскольку система продолжает работать в штатном режиме. Но есть у метода и свои недостатки. ЭБУ, пользуясь неверными данными, не сможет правильно корректировать приготовление горючей смеси и перестанет регулировать угол опережения зажигания, в результате чего вредное воздействие на двигатель продолжится.

Кроме того, машина без катализатора выбрасывает в атмосферу больше вредных веществ, ее выхлоп неприятно пахнет, газы проникают в салон, раздражают при холодном запуске и отравляют воздух при длительном прогревании машины зимой.

В общем, лучше не экономить на выхлопной системе и произвести полноценный ремонт, установив вместо старого запекшегося каталитического нейтрализатора новый. Тогда автомобиль продолжит радовать отменной динамикой, и водителю не придется вдыхать его ядовитые газы.

Для чего служит автокатализатор, роль, назначение, функции

У современных машин, работающих на бензиновых или дизельных моторах, в обязательном порядке в выхлопной имеются каталитические нейтрализаторы (КН). При этом сажевые фильтры предусмотрены в машинах первого плана, а ТС второго плана оснащены фильтрами из металла или керамики. Для чего служит катализатор?

Задача устройств заключается в том, чтобы снизить количество отравляющих элементов, которые попадают в окружающую среду вместе с выхлопными газами. 

Как работает и устроен каталитический нейтрализатор

Вначале в устройстве происходит фильтрация выхлопных газов, а затем их дальнейшая регенерация. В процессе работы стенки фильтра постепенно загрязняются, так как на них остаются продукты горения. Как результат — внутри катализатора происходит скопление вредных для человека отходов, мешающих выходу в атмосферу отработанных выхлопных газов. Это негативным образом влияет на мощность мотора. Вывод: замену изношенного катализатора следует проводить как можно быстрее, при первых признаках его выхода из строя.

Внутри фильтрующие устройства покрываются специальным каталитическим слоем. Когда он соприкасается с раскалёнными химическими веществами, возникающими в процессе сгорания топлива, то возникает химическая реакция с последующим обезвреживанием опасных элементов. 

Каталитический нейтрализатор находится недалеко от силового агрегата автомобиля, сразу позади коллектора выпуска. Именно там температура выхлопных газов максимально высокая.

Главная составная часть фильтра, изготовленного из керамики — особая матрица из такого же материала, представляющая собой мелкоячеистую структуру. В ней расположены каналы, имеющие очень маленькое сечение. Каналы имеют пористые стенки и обладают функцией фильтра. Для ускорения протекания химических реакций на поверхность керамических сот нанесены драгоценные металлы. Сама матрица облачена в прочный герметичный корпус. Что касается металлических аналогов, то блоки у них тоже металлические и имеют такое же каталитическое покрытие.

Причины, по которым нейтрализатор выходит из строя

От того, в каком состоянии находится каталитический нейтрализатор автомобиля, напрямую зависит расход бензина или дизельного топлива. При забитом устройстве работа машины становится хуже. Теоретически нейтрализаторы рассчитаны примерно на 100 000 или 120 000 км пробега, после чего их нужно менять. Слой, состоящий из драгметаллов, который производители наносят на керамику, становится слишком тонким. Своих функций изношенный катализатор выполнять уже не может.

Можно ли удалять катализатор? Да, но стоит помнить о последствиях. В первую очередь выхлопы будут попадать в атмосферу, загрязняя ее. Во-вторых, ваше авто не пройдет техосмотр. В-третьих, при недостаточной изоляции салона токсичный дым будет просачиваться в салон, вызывая тошноту и головную боль. В четвертых, надо быть готовым к затратам на перепрошивку ЭБУ и монтаж «альтернативы» для корректной работы авто.

Бывают и случаи, когда нейтрализатор нуждается в ремонте или замене намного раньше установленных сроков. В качестве причин его преждевременного износа часто выступают: 

  • топливо низкого качества. Если горючее плохое, то в нём содержится большое количество свинца, «убивающего» катализатор, быстрее засоряя соты;
  • высокий расход масла в двигателе, когда он неисправен. Происходят сгорание лишнего масла в цилиндрах и его попадание в выхлопную систему;
  • пропуск зажигания. Сгорания бензина в цилиндрах не происходит, а остаточные горючее и масло быстро засоряют систему выхлопа, разрушая нейтрализатор;
  • повреждения механического плана. Поскольку катализаторы очень хрупкие, их могут легко вывести из строя агрессивная езда водителя или неправильная эксплуатация транспортного средства. 

Важно помнить о том, что в более чем 80% случаев, когда катализатор неисправен, приходится полностью менять мотор.

Основные симптомы забитых преобразователей

Для предотвращения поломки нужно своевременно диагностировать машину и знать о том, как выглядят основные симптомы выхода из строя каталитического нейтрализатора: 

  • при запуске силовой агрегат мотор работает плохо и быстро глохнет, а на панели загорается световой индикатор Check Engine, который имеет прямое отношение к двигателю. Выхлопы выходят из трубы очень слабо;
  • машина теряет мощность и динамику езды. Когда водитель нажимает на газ, она даёт слабый отклик. Расход топлива и масла становится больше;
  • при холодном пуске мотора в салоне возникает характерный резкий запах: верный признак того, что катализатор разрушен. 

Также, когда двигатель перегазовывают или разгоняют, это сопровождается характерным металлическим звуком. 

Плюсы сотрудничества с нашей компанией

Автокатализатор — это фильтр и он имеет определённый срок службы. Когда происходит засорение КН, то автомобиль теряет показатели своей мощности. Расход бензина становится намного выше, износ агрегатов и узлов происходит гораздо быстрее. Для предотвращения подобных ситуаций фильтр следует заменить или удалить полностью. 

Катализатор, вышедший из строя, необходимо правильно утилизировать. Это не бытовой мусор, ему несвойственно естественное разложение. Нейтрализаторы относят к классу токсичных отходов, поэтому для их сдачи нужно найти специальный приёмный пункт.

Наша фирма готова купить у вас старый катализатор, предложив за него выгодное вознаграждение. Что касается размера денежной компенсации, то он будет определён после того, как мастер тщательно изучит устройство уже на месте. 

Мы всегда готовы купить бу катализатор как от российских, так и от импортных автомобилей. Неважно, в каком состоянии они находятся. Устройства могут быть битыми, измельчёнными, колотыми и т.д. Обращайтесь к нам, если вы заметили характерные признаки выхода нейтрализатора из строя, и мы предложим водителям выгодные условия покупки. Расчёт стоимости бу катализатора наш сотрудник проводит при клиенте. Проверяя отработанные катализаторы, мы используем спектральный анализ, позволяющий точно определить, сколько они стоят. На сумму влияет и то, какое количество драгметаллов осталось в устройстве, а также год, в котором был выпущен автомобиль, и объём мотора.

Катализатор и его неисправности

При изучении строения машины у многих возникает вопрос, что такое катализатор и, собственно, какая его роль в автомобиле. Чаще всего с данной деталью сталкиваются водители во время ремонта авто на СТО.

Зачем нужен катализатор в выхлопной системе?

Каталитический нейтрализатор – деталь автомобиля, которая входит в состав выхлопной системы. Служит он как очиститель газа. То есть после отработки топлива в двигателе газы перемещаются по выхлопной системе и фильтруются в катализаторе, не давая вредным веществам выхода в атмосферу, превращая их в безвредные. Поставить данный «фильтр» вы можете на бензиновый и на дизельный двигатель.
Что внутри катализатора? Его строение
Внутренности катализатора — это три каталитических преобразователя: он трехкомпонентный, на каждое вредное вещество, которое нужно снизить. Корпус детали — металлический и сделан из нержавеющей стали, где находится конструкция, напоминающая соты. Внутренность катализатора изготовлена из металла и керамики, покрыта веществами-фильтрами (палладий, родий и платина). Так как керамика для катализатора — довольно дешевый материал, ее чаще всего используют при изготовлении. Но она хрупкая и легко может осыпаться.

Как определить неисправный катализатор

Прежде всего, чтобы понять, что ваш катализатор вышел из строя, нужно посмотреть на пробег автомобиля, так как чаще всего деталь не доживает до 120 000 км. Причины неисправного катализатора:
  1. 1. Автомобиль очень часто ездит по большим ямам и серьезным ухабам. Потому что после таких поездок керамическая конструкция, состоящая из сот, банально рассыпается.
  2. 2. Если в двигателе большие проблемы с системой смазки или с зажиганием. В результате получается, что масло и недогоревшее топливо попадает во внутренности катализатора и забивает соты.
  3. 3. В случае резкого нажатия педали газа до упора. Происходит тот же эффект.

Основными признаками неисправного катализатора являются сигнал-лампочка «Check Engine», а также переход двигателя в аварийный режим. Однако это не показатель. Возможно, у вас только поврежден корпус или просто отошли провода. Поэтому ваш катализатор может быть уже сломан до этого момента.
Главный показатель — как работает двигатель при неисправном катализаторе. В этом случае происходит снижение мощности двигателя, затруднение пуска и медленный набор скорости. Это свидетельствует о том, что в катализаторе слишком много сажи, которая и забивает соты, мешая им исправно работать.
Также посмотрите на расход бензина и на поток выхлопных газов. Если автомобиль начал потреблять больше топлива, то это свидетельствует о неисправном катализаторе. Что касается выхлопных газов, попробуйте перекрыть рукой исходящий поток. Если у вас с легкостью это получилось, стоит проверить деталь. При этом запах газа в выхлопной трубе не должен напоминать тухлые яйца.

Можно ли ездить с неисправным катализатором?

Да, многие умельцы придумывают различные конструкции, заменяющие данную дорогостоящую деталь. Например, ставят так называемые «обманки». А стоит ли? Во-первых, у вас увеличится объем потребления топлива, что существенно отразится на вашем кошельке. А во-вторых, таким образом вы можете убить двигатель. Однако это все настолько относительно, что четкого ответа нет. Чаще всего водители просто убирают катализатор и ездят без него. А чтобы в машине не высвечивался индикатор его неисправности, то есть полного отсутствия, они переставляют некоторые провода в системе.

Что делать с неисправным катализатором?

Сдать в переработку. Например, компания «Катутиль» с радостью принимает неисправные катализаторы как у физических, так и у юридических лиц с полным оформлением всех документов. Количество деталей неограничено: вы можете сдать как один катализатор, так и несколько тонн сырья.
Связаться с менеджерами компании можно по тел. +7 (499) 112-43-73, +7 (925) 312-30-10 или заказав бесплатный обратный звонок через форму на сайте.

Каталитические нейтрализаторы - Что такое Каталитические нейтрализаторы?

Каталитический нейтрализатор (обиходное название – катализатор) предназначен для снижения токсичности отработавших газов

Нейтрализатор - устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов. 

Основным требованием к успешной работе катализатора является стехиометрическое соотношение топлива и кислорода.

Задачей автомобильного каталитического нейтрализатора является снижение количества вредных веществ в выхлопных газах.

Среди них:

  • окись углерода (СО) - ядовитый газ без цвета и запаха;

  • углеводороды (CH), также известные как летучие органические соединения - один из главных компонентов смога, образуется за счет неполного сгорания топлива;

  • оксиды азота (NO и NO2, которые часто объединяют под обозначением NOx) ­­­­­­- также являются компонентом смога, а также кислотных дождей, оказывают влияние на слизистую человека.

Принцип работы

Каталитический нейтрализатор расположен либо на приемной трубе, либо сразу после нее.

Внутри корпуса каталитического нейтрализатора находится керамическая сотовая конструкция.

Соты нужны, чтобы увеличить площадь контакта выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен тонкий слой платиноиридиевого сплава.

Недогоревшие остатки (CO, CH, NO) касаясь поверхности каталитического слоя, окисляются до конца кислородом, присутствующим также в выхлопных газах.

В результате реакции выделяется тепло, разогревающее катализатор и, тем самым, активизируется реакция окисления.

В конечном итоге на выходе из катализатора (исправного) выхлопные газы содержат в основном N2 и СО2.

Катализаторы в дизельных двигателях

Каталитические преобразователи дизельных двигателей плохо справляются с сокращением выбросов NOx.

Одна из причин в том, что дизельные двигатели сами по себе функционируют в более низком температурном режиме, чем бензиновые, а преобразователи работают лучше при нагреве.

Некоторые ведущие эксперты в области «зеленого» автомобилестроения придумали новую выхлопную систему, которая помогает исправить этот недостаток.

Они впрыскивают водный раствор мочевины в выхлопную трубу до того, как газы достигнут преобразователя.

При этом возникает химическая реакция, которая уменьшает количество NOx.

Карбамид, также известный как мочевина - органическое соединение углерода, азота, кислорода и водорода.

Его можно обнаружить в моче млекопитающих и земноводных, что и объясняет такое название.

Мочевина реагирует с NOx с получением азота и водяного пара, снижая количество оксидов азота в выхлопных газах более чем на 90%.

Химики МГУ лишили автомобили драгоценных катализаторов

Сотрудники химического факультета МГУ синтезировали сложный катализатор на основе оксида церия и определили, как влияют на свойства катализатора добавка марганца. Исследованные оксиды могут заменить дорогостоящие катализаторы, содержащие родий, платину и палладий. Результаты работы опубликованы в журнале Applied Surface Science.

До появления каталитических конвертеров выхлопных газов, которыми сейчас оборудуют все автомобили, воздух на улицах городов и на автомобильных трассах содержал в десятки раз больше опасных веществ – монооксида углерода, оксидов азота, углеводородов. Эти вещества вызывают расстройства дыхательной системы, порождают обычный и фотохимический смог, угнетают растительность и вызывают множество других неприятных последствий.

Сейчас каталитические конверторы содержат катализаторы сложного состава (трехмаршрутные). Они снижают токсичность отработанных газов: восстанавливают оксиды азота, окисляют углеводороды и угарный газ CO до нетоксичного CO2. Очень важно, чтобы катализаторы эффективно действовали при нестационарных режимах работы двигателей, например, при запуске, в пробках. Для этого они должны содержать компоненты, работающие в широком интервале температур.

Трехмаршрутные катализаторы содержат в качестве основных компонентов диоксид церия и наночастицы благородных металлов (платины или палладия и родия). Диоксид церия служит «кислородным буфером» за счет своей уникальной способности в зависимости от реакционных условий отдавать для реакции окисления кислород из кристаллической решетки или же, наоборот, поглощать его из газовой фазы для восстановления своего состава. Второй компонент - частицы благородных металлов. Они играют роль активных центров катализатора, ускоряющих превращение монооксида углерода и углеводородов в углекислый газ, а оксидов азота – в безопасный молекулярный азот. Недостаток таких систем в высокой стоимости и неустойчивости металлических частиц к действию высоких температур и различных каталитических ядов.

Решить указанные выше проблемы возможно путем замены частиц благородных металлов на оксиды переходных металлов, которые могут улучшить собственные каталитические свойства диоксида церия. Многие оксиды металлов, способных менять степень окисления, служат перспективными кандидатами на роль таких катализаторов. Однако очень важно найти наиболее перспективный способ введения добавки в состав каталитической системы, чтобы добиться максимальной ее эффективности.

«Исследователи из лаборатории катализа и газовой электрохимии МГУ под руководством доктора химических наук, ведущего научного сотрудника Екатерины Локтевой синтезировали несколькими способами смешанные оксидные системы, способные заменить собой драгоценные металлы в катализаторах», — сообщил и.о. декана химического факультета МГУ Степан Калмыков. Системы включают смешанный оксид церия-циркония с добавкой оксида марганца: его вводили в систему либо на стадии синтеза церий-циркониевой системы или путем пропитки уже приготовленного двойного оксида Ce0,8Zr0,2O2 раствором ацетата марганца.

В зависимости от способа синтеза авторы получили сложные оксиды с различными физико-химическими характеристиками. В составе катализаторов, синтезированных одновременно из соединений трех металлов, наночастицы оксидов марганца равномерно распределены по поверхности, а некоторая часть ионов марганца встроена в узлы кристаллической решетки сложного оксида. Если же марганец добавляли к уже приготовленному двойному оксиду церия-циркония, он распределялся в катализаторе неравномерно: наночастицы оксида марганца образовывали участки на поверхности церий-циркониевой матрицы.

Как выяснили ученые, разное распределение оксидов марганца изменяет каталитические свойства в реакции окисления моноксида углерода. Неравномерная локализация оксида марганца улучшает каталитические характеристики сложного оксида: частицы оксида марганца не закрывают всю поверхность церий-циркониевой системы, благодаря чему активный кислород из структуры матрицы участвует в процессе окисления и повышает эффективность каталитической реакции.

«Цель нашей работы состояла в том, чтобы выяснить, как лучше проводить модификацию марганцем, а также в какой форме марганец окажет более сильное положительное влияние на каталитические свойства. Думаю, что мы в определенной степени с этим справились. Однако и концентрация марганца может сильно влиять на эффективность каталитической системы. Это отдельный вопрос, требующий дальнейшего исследования», — комментирует один из авторов работы, аспирант химического факультета МГУ Игорь Каплин. 

Все о катализаторах

Катализатор состоит из сотовой керамической конструкции (служит для увеличения площади контакта выхлопных газов с поверхностью), которая покрыта слоем из сплава платино-иридиевого. Остатки газа, который не догорел, касаются поверхности этого слоя, после чего окисляются кислородом. В итоге из выхлопной трубы выходит СО2.

Именно для того, чтобы на выходе получался СО2 и служит катализатор в выхлопной системе.
Выбор катализатора

Срок службы катализатора составляет 100-200 тыс. км. пробега. После этого он подлежит замене, так как на сотах керамической конструкции собирается сажа и остатки недогоревшего масла, которые препятствуют нормальному выходу выхлопных газов. Стоит отметить, что срок службы сокращается в 2 раза в случае использования во время заправки горючего плохого качества, а также из-за плохого состояния российских дорог. Это происходит из-за того, что материал, из которого изготавливаются соты, очень хрупок, поэтому при ударе или наезде на препятствие происходит разрушение сот и они начинают дребезжать, постепенно разваливаясь внутри корпуса.

Признаками неисправности являются дребезжание рассыпавшихся сот, а также отсутствие или ухудшение динамики разгона и мощностисамого авто, при этом стрелка тахометра может «плавать» на холостом ходу.

Чтобы решить проблему с катализатором существует несколько путей. Первый путь это установка универсального пламегасителя.
Второй путь – установка универсального катализатора. Он устанавливается на место бочка штатного. Выбор катализатора универсального вместо штатного, обусловлен тем, что он дешевле и прослужит значительно дольше, чем штатный. Не забывайте при выборе катализатора обращать внимание на целостность керамических сот.

Установка же пламегасителя обойдется автовладельцу в 2 раза дешевле, чем установка катализатора, но это не означает, что автомобиль будет работать лучше. Тем более стоит учесть тот фактор, что если Вы установите пламегаситель, то автомобиль перестанет подходить под нормы ЕС, хотя в нашей стране это никак не карается.

В любом случае, если у Вас будет выбор между пламегасителем или катализатором, то советуем выбрать катализатор, так как дешевизна пламегасителя не всегда соответствует качеству изделия.

Зачем в США и Британии воруют каталитические конвертеры с автомобилей

Цены на палладий выросли более чем на 50% за последние полгода из-за его дефицита. Благодаря этому металл, используемый в автомобильной промышленности для уменьшения вредных выбросов бензиновых двигателей, в январе впервые с 2002 г. стал стоить дороже золота. Это спровоцировало массовые случаи краж каталитических конвертеров в США и Великобритании, пишет The Wall Street Journal.

На рынке палладия уже давно наблюдается дефицит предложения, и многие эксперты прогнозируют, что он сохранится в ближайшие годы. Это связано с ростом спроса на металл из-за ужесточения экологических требований к автомобилям, особенно после ухудшения репутации дизельных машин после скандала с Volkswagen.

По прогнозам «Норникеля», крупнейшего в мире производителя палладия, дефицит металла на рынке сохранится до 2025 г., а в этом году он достигнет 1,4 млн унций.

В понедельник на Нью-Йоркской товарной бирже мартовский фьючерс на палладий стоил около $1367 за тройскую унцию (почти $44 за 1 г), за унцию золота давали $1309. Между тем с 2002 г. золото было дороже палладия, но в середине января они поменялись местами, а цена палладия даже превысила $1400. Физический дефицит палладия сохранится в краткосрочной и среднесрочной перспективе, даже если производители катализаторов начнут заменять палладий более дешевой платиной, поэтому его цена, «вероятно, продолжит бить рекорды… и может протестировать уровни выше $1500 за унцию», писали в конце января в отчете аналитики «Атона».

Украсть катализатор относительно легко – с этим можно справиться за несколько минут, а на YouTube есть обучающие видео, пишет WSJ. Воры довели этот процесс до совершенства, утверждает полиция Чикаго. По словам ее представителя Говарда Людвига, обычно этим посреди ночи занимается группа грабителей, которая подъезжает на автомобиле, отпиливает у стоящей на парковке машины катализатор с помощью поршневой пилы и тут же уезжает. «За одну ночь они работают в нескольких кварталах. Как минимум один ждет за рулем, а другой работает под автомобилем», – говорит Людвиг.

Выследить грабителей трудно, поскольку они сдают катализаторы на металлолом в тех штатах, где не нужно предъявлять документы. Обычно они получают за один катализатор от $150 до $200. «Продают они не автозапчасти, а именно металл», – утверждает лейтенант Чак Нейгл из Алабамы.

Точной статистики по кражам автомобильных катализаторов нет, отмечает WSJ. Однако полиция Лондона сообщила об учащении таких преступлений еще в сентябре прошлого года (с минимумов в начале 2016 г., когда палладий стоил менее $500 за унцию, он подорожал до $1100 в январе 2018 г., а после продлившейся до августа коррекции начался новый стремительный взлет цены). Причем в британской столице бывали случаи, когда грабители снимали катализаторы даже с гибридных автомобилей Toyota Prius, хотя, по данным компании European Metal Recycling, из катализаторов этих моделей можно извлечь лишь около 2 г палладия, а сами катализаторы можно продать примерно за $450.

Catalyst

Катализатор - это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, но не расходуется в ходе реакции. Катализатор появится на стадиях механизма реакции, но не появится в общей химической реакции (поскольку он не является реагентом или продуктом). Как правило, катализаторы существенно изменяют механизм реакции, так что новые барьеры вдоль координаты реакции значительно ниже. При понижении энергии активации константа скорости значительно увеличивается (при той же температуре) по сравнению с некаталитической реакцией.

В мире существует множество типов катализаторов. Многие реакции катализируются на поверхности металлов. В биохимии огромное количество реакций катализируется ферментами. Катализаторы могут находиться либо в той же фазе, что и химические реагенты, либо в отдельной фазе.

Катализаторы

в одной фазе называются гомогенными катализаторами , а катализаторы в разных фазах называются гетерогенными катализаторами .

Например, если у нас есть металлическая Pt в качестве катализатора реакции газообразного водорода и газообразного этена, тогда Pt является гетерогенным катализатором.Однако фермент в растворе, катализирующий биохимическую реакцию в растворе, является гомогенным катализатором.

Еще одна важная идея о катализаторах - их избирательность. То есть катализатор не просто ускоряет все реакции, а только очень конкретную реакцию. Это ключ ко многим химическим превращениям. Когда вы хотите произвести только определенное химическое изменение, вы ищете катализатор, который ускорит эту конкретную реакцию, но не ускорит другие. В этом отношении замечательны ферменты.Живые биологические системы требуют множества специфических химических превращений, и каждый из них катализирует уникальный фермент.


Типы катализаторов

Катализаторы могут находиться либо в той же фазе, что и химические реагенты, либо в отдельной фазе.

Катализаторы в одной и той же фазе называются гомогенными катализаторами, а катализаторы в разных фазах - гетерогенными катализаторами.

Например, если у нас есть металлическая Pt в качестве катализатора реакции газообразного водорода и газообразного этена, тогда Pt является гетерогенным катализатором.Однако фермент в растворе, катализирующий биохимическую реакцию в растворе, является гомогенным катализатором.


Влияние катализаторов

Эффект катализатора заключается в том, что он снижает энергию активации реакции.

Обычно это происходит потому, что катализатор изменяет способ протекания реакции (механизм). Мы можем визуализировать это для простой координаты реакции следующим образом.

В более общем смысле катализируемая реакция может иметь ряд новых барьеров и промежуточных продуктов.Однако самый высокий барьер теперь будет значительно ниже, чем предыдущий самый большой барьер. Например, ниже приведен пример пути реакции, который показывает катализированную и некаталитическую реакцию. Путь с катализатором теперь состоит из двух ступеней и промежуточных частиц. Однако барьеры для обеих стадий намного ниже, чем в некаталитической реакции.


Как работают катализаторы?

Многие катализаторы работают одинаково. Они дают возможность молекулам реагента разорвать связи и затем образовать временные связи с катализатором.Это означает, что катализатор должен быть в некоторой степени реактивным, но не слишком реактивным (поскольку мы не хотим, чтобы эти связи были постоянными). Например, металлическая Pt служит катализатором многих реакций с участием газообразного водорода или газообразного кислорода. Это связано с тем, что поверхность Pt позволяет H 2 или O 2 разрывать свои связи, а затем образовывать атомные частицы, которые «связаны» с Pt. Однако эти новые связи могут быть достаточно слабыми, чтобы атомные частицы могли затем вступить в реакцию с другими молекулами и покинуть поверхность.Таким образом, после реакции металл Pt возвращается в свое первоначальное состояние.

Например, на рисунке ниже изображена реакция этена и газообразного водорода. Водород приземляется на поверхность и разрывает свою связь, образуя атомы H, связанные с поверхностью (2). Двойная связь этена также разорвана, и два атома углерода также связаны с поверхностью (3). Затем атомы H могут мигрировать, пока не столкнутся со связанными частицами углерода и не вступят в реакцию (4) с образованием этана, который затем может покинуть поверхность (5).

Так работают все катализаторы? Нет. Возможности того, как на самом деле работают катализаторы, безграничны. Некоторые катализаторы фактически изменяются в ходе химической реакции, но затем возвращаются в исходное состояние в конце реакции. Например, MnO 2 катализирует разложение H 2 O 2 до воды и газообразного кислорода по следующему механизму. + (водн.) \; + \; O_2 (g)} & {\ rm Шаг \; 2} \\ {\ rm Mn (OH) _2 (aq) \; + \; H_2O_2 (l)} \; & \правая стрелка & \; {\ rm MnO_2 (s) \; + 2H_2O (l)} & {\ rm Шаг \; 3} \ end {array} \]

Таким образом, в чистой реакции нет изменений в MnO 2. Однако во время реакции он превращается в Mn 2+ , а также в Mn (OH) 2 . Катализатор может быть идентифицирован таким образом в механизме реакции, поскольку он сначала появляется в «реагентах», но затем подвергается риформингу. позже в реакции.

Катализаторы также могут функционировать, «удерживая» молекулы в определенных конфигурациях, одновременно ослабляя некоторые конкретные связи. Это позволяет катализатору существенно «помогать» химическим процессам, располагая реакции в благоприятных геометрических формах, а также ослабляя связи, которые необходимо разорвать по координате реакции.


Ферменты

Ферменты - биологические катализаторы. Это белки, которые складываются в определенные конформации, чтобы ускорить определенные химические реакции. Для биохимических реакций реагент обычно называют субстратом. Субстрат превращается в продукт. Механизмы многих ферментов очень похожи. Субстрат (ы) и фермент связываются в комплекс. Физическое местоположение на ферменте, в котором связывается субстрат, называется «активным центром».После связывания этот комплекс может ослабить определенные связи в субстрате, что приведет к химическому взаимодействию с образованием продукта. Продукт слабо связан с субстратом, так что теперь он диссоциирует, и фермент может свободно связываться с другой молекулой субстрата.

Активные центры ферментов могут быть очень специфичными, так что фермент будет катализировать только очень специфическую реакцию для очень специфической молекулы. Обычно существует равновесие между связанным комплексом и свободным субстратом и ферментом, так что связывание может быть обратимым.Напротив, как только продукт образуется, обратная реакция обычно никогда не происходит.

Субстрат + фермент ↔ Комплекс → Продукт.

Активность многих ферментов может быть заблокирована молекулами, имитирующими субстрат, но не участвующими в химии. Эти молекулы затем эффективно «выключают» фермент, блокируя активный сайт и предотвращая связывание субстрата. Так действуют многие фармацевтические препараты. Такие молекулы обычно называют ингибиторами, поскольку они подавляют активность фермента.

Определение катализаторов и принцип их работы

Катализатор - это химическое вещество, которое влияет на скорость химической реакции, изменяя энергию активации, необходимую для протекания реакции. Этот процесс называется катализом. Катализатор не расходуется в реакции и может одновременно участвовать в нескольких реакциях. Единственное различие между каталитической реакцией и некаталитической реакцией состоит в том, что энергия активации различается. Не влияет на энергию реагентов или продуктов.ΔH для реакций одинакова.

Как работают катализаторы

Катализаторы допускают альтернативный механизм превращения реагентов в продукты с более низкой энергией активации и другим переходным состоянием. Катализатор может позволить реакции протекать при более низкой температуре или увеличить скорость или селективность реакции. Катализаторы часто реагируют с реагентами с образованием промежуточных продуктов, которые в конечном итоге дают те же продукты реакции и регенерируют катализатор. Обратите внимание, что катализатор может быть израсходован на одном из промежуточных этапов, но он будет создан снова до завершения реакции.

Положительные и отрицательные катализаторы (ингибиторы)

Обычно, когда кто-то ссылается на катализатор, они имеют в виду положительный катализатор , который является катализатором, который ускоряет скорость химической реакции за счет снижения его энергии активации. Существуют также отрицательные катализаторы или ингибиторы, которые замедляют скорость химической реакции или уменьшают ее вероятность.

Промоторы и каталитические яды

Промотор - это вещество, повышающее активность катализатора.Каталитический яд - это вещество, инактивирующее катализатор.

Катализаторы в действии

  • Ферменты - это биологические катализаторы, специфичные для реакции. Они реагируют с субстратом с образованием нестабильного промежуточного соединения. Например, карбоангидраза катализирует реакцию:
    H 2 CO 3 (водн.) ⇆ H 2 O (l) + CO 2 (водн.)
    Фермент позволяет реакции быстрее достичь равновесия. В случае этой реакции фермент позволяет диоксиду углерода диффундировать из крови в легкие, чтобы его можно было выдохнуть.
  • Перманганат калия является катализатором разложения перекиси водорода на газообразный кислород и воду. Добавление перманганата калия увеличивает температуру реакции и ее скорость.
  • Некоторые переходные металлы могут действовать как катализаторы. Хороший пример использования платины в автомобильном катализаторе. Катализатор позволяет превратить токсичный оксид углерода в менее токсичный диоксид углерода. Это пример гетерогенного катализа.
  • Классическим примером реакции, которая не протекает с заметной скоростью, пока не добавлен катализатор, является реакция между газообразным водородом и газообразным кислородом.Если смешать два газа вместе, ничего особенного не произойдет. Однако, если вы добавите тепло от зажженной спички или искры, вы преодолеете энергию активации, чтобы начать реакцию. В этой реакции два газа реагируют с образованием воды (взрывоопасно).
    H 2 + O 2 ↔ H 2 O
  • Реакция горения аналогична. Например, когда вы зажигаете свечу, вы преодолеваете энергию активации, применяя тепло. Как только реакция начинается, тепло, выделяющееся в результате реакции, преодолевает энергию активации, необходимую для ее протекания.

Catalyst - New World Encyclopedia

Каталитический преобразователь на Saab 9-5.

Для химической реакции требуется определенное минимальное количество энергии, которое называется энергией активации . Если вещество может снизить эту энергию активации без изменения или потребления в ходе реакции, оно называется катализатором или катализатором . Действие катализатора называется катализ .

Катализатор снижает энергию активации, обеспечивая альтернативный путь протекания реакции.При этом каталитический агент заставляет реакцию протекать быстрее и при более низкой температуре, чем некаталитическая реакция. Кроме того, если данная реакция может давать множество продуктов, катализатор может помочь направить реакцию на образование определенной подгруппы продуктов.

Катализаторы играют важную роль в биологических системах и промышленных процессах. В живых организмах ферменты катализируют многочисленные биохимические реакции, поддерживающие жизнь, и участвуют в росте и репродуктивных функциях.В промышленности катализаторы используются в широком спектре производственных процессов, включая производство аммиака, серной кислоты, полимеров и заменителей нефтепродуктов. В промышленно развитых странах, пожалуй, наиболее известным примером использования катализаторов является каталитический нейтрализатор - устройство, разрушающее вредные вещества в выхлопных газах автомобилей. Исследования катализа и использования катализаторов продолжают оставаться в центре внимания многих исследователей в чистых и прикладных науках.

В более общем смысле термин катализатор может применяться к любому агенту (включая человека или группу), который вызывает ускоренное изменение.Например, кого-то можно назвать «катализатором политических перемен».

История и этимология

Термин катализ был введен в употребление в 1835 году Йенсом Якобом Берцелиусом, который отметил, что определенные химические вещества ускоряют реакцию. Слово происходит от греческого существительного κατάλυσις, связанного с глаголом καταλύειν, означающим «растворяться», «аннулировать», «развязывать» или «поднимать».

Примерно в то же время химик Александр Мичерлих говорил о «контактных процессах», а Иоганн Вольфганг Доберейнер говорил о «контактном действии».«Доберейнер работал над использованием платины в качестве катализатора и изобрел зажигалку, которая зажигалась под действием водорода на платиновую губку. Эта зажигалка, названная лампой Доберейнера, имела огромный коммерческий успех в 1820-х годах.

Общий каталитический процесс

Катализатор участвует в одной или нескольких стадиях реакции, но обычно он не является реагентом или продуктом общей реакции, которую он катализирует. Исключением из этого правила является процесс, известный как автокатализ , в котором продукт реакции действует как катализатор реакции.Вещество, подавляющее действие катализатора, называется ингибитором ; тот, который ускоряет действие катализатора, называется промотором .

Катализатор может реагировать с одним или несколькими реагентами с образованием промежуточного химического соединения, которое впоследствии вступает в реакцию с образованием конечного продукта реакции. В общем процессе катализатор регенерируется. В качестве альтернативы катализатор может обеспечивать поверхность, с которой связываются реагенты, облегчая их реакцию, сближая их.Образующиеся продукты высвобождаются из катализатора.

Рассмотрим следующую схему реакции, в которой C представляет собой катализатор, A и B являются реагентами, а D является продуктом реакции A и B.

A + C → AC (1)
B + AC → ABC (2)
ABC → CD (3)
CD → C + D (4)

Здесь катализатор (C) расходуется на реакцию на первой стадии, но регенерируется на четвертой стадии.Таким образом, общую реакцию можно записать как:

A + B + C → D + C

Типы катализаторов

Катализаторы могут быть гетерогенными или гомогенными. Биологические катализаторы (или биокатализаторы) часто выделяют в отдельную группу.

Гетерогенный катализатор - это катализатор, который находится в фазе, отличной от фазы реагентов. Например, твердый катализатор можно использовать в жидкой реакционной смеси. С другой стороны, гомогенный катализатор находится в той же фазе, что и реагенты.Например, катализатор может быть растворен в жидкой реакционной смеси.

Катализаторы гетерогенные

Простая модель гетерогенного катализа включает катализатор, обеспечивающий поверхность, на которой реагенты (или субстраты) временно адсорбируются. [1] Химические связи в подложке становятся достаточно ослабленными для образования новых. По мере того как продукты образуются, они относительно слабо связываются с катализатором и, следовательно, высвобождаются. Известны различные возможные механизмы реакций на поверхностях в зависимости от того, как происходит адсорбция.

Например, рассмотрим процесс Габера по производству аммиака из азота и водорода. В этом случае мелкодисперсное железо действует как гетерогенный катализатор. Поскольку молекулы реагента (водород и азот) связываются с катализатором, этот процесс связывания имеет два эффекта: во-первых, молекулы сближаются ближе, чем они были бы в газовой фазе; во-вторых, их внутренние связи ослаблены. Таким образом, катализатор позволяет молекулам реагента реагировать быстрее, чем если бы они оставались в газовой фазе.

Гомогенные катализаторы

При гомогенном катализе сам катализатор может быть преобразован на ранней стадии реакции, и он регенерируется к концу реакции. Примером может служить разложение озона свободными радикалами хлора (свободными атомами хлора). Свободные радикалы хлора образуются под действием ультрафиолетового излучения на хлорфторуглероды (ХФУ). Эти свободные радикалы реагируют с озоном с образованием молекул кислорода, а свободные радикалы хлора регенерируются.Вот некоторые из простейших реакций.

Cl + O 3 → ClO + O 2
ClO + O 3 → Cl + 2 O 2

Биологические катализаторы

В природе ферменты являются катализаторами биохимических реакций, протекающих в живых организмах. Большинство ферментов представляют собой белки, но некоторые ферменты, называемые рибозимами , состоят из РНК. Было обнаружено, что некоторые молекулы ДНК, называемые дезоксирибозимами , обладают каталитической активностью.Кроме того, некоторые антитела, обычно полученные искусственно, обладают каталитической активностью и называются абзимами .

Энергетика реакций

Катализаторы

работают, обеспечивая альтернативный механизм химической реакции - механизм, который снижает энергию активации по сравнению с некаталитической реакцией. Это означает, что катализаторы уменьшают количество энергии, необходимое для начала химической реакции. Кроме того, «переходное состояние» (нестабильный переходный промежуточный продукт), образованное реагентами во время каталитической реакции, обычно отличается от того, которое образуется во время некаталитической реакции.

Диаграмма энергетического профиля справа показывает, что каталитический путь (красный) имеет более низкую энергию активации, чем некаталитический путь (синий). Кроме того, это показывает, что чистое изменение энергии для всей реакции одинаково, независимо от того, используется ли катализатор или нет.

Таким образом, катализаторы могут позволить реакциям протекать с гораздо большей скоростью, определенными способами или при более низких температурах. Кроме того, некоторые реакции протекают только в присутствии катализатора.

Катализаторы не могут вызвать энергетически неблагоприятные реакции.Они имеют эффект нет на химическое равновесие реакции, потому что на скорости прямой и обратной реакций в равной степени влияет катализатор.

Производной единицей СИ для измерения «каталитической активности» катализатора является катал (моль в секунду). В биохимии каталитическая активность фермента измеряется в единицах фермента.

Активность катализатора также можно описать с помощью номера оборота (TON).В энзимологии число оборотов определяется как максимальное количество молей субстрата, которое фермент может преобразовать в продукт на один каталитический сайт (фермента) в единицу времени. В других областях химии число оборачиваемости (TON) определяется как количество молей субстрата, которое моль катализатора может преобразовать до того, как катализатор станет инактивированным. Термин частота оборота (TOF) используется для обозначения оборота в единицу времени, как в энзимологии.

Отравление катализатора

Катализатор может быть отравлен, если другое соединение (подобное ингибитору) изменяет его химически или связывается с ним, но не высвобождает его.Такие взаимодействия эффективно разрушают полезность катализатора, поскольку он больше не может участвовать в реакции, которую он должен был катализировать. Обычными каталитическими ядами являются свинец, сера, цинк, марганец и фосфор.

Приложения

По некоторым оценкам, 60 процентов всех промышленных химических продуктов требуют катализаторов на той или иной стадии в процессе их производства. [2] Наиболее эффективными катализаторами обычно являются переходные металлы или комплексы переходных металлов.

Каталитический нейтрализатор автомобиля - хорошо известный пример использования катализаторов. В этом устройстве в качестве катализаторов могут использоваться платина, палладий или родий, поскольку они помогают разрушать некоторые из наиболее вредных побочных продуктов выхлопных газов автомобилей. «Трехкомпонентный» каталитический нейтрализатор выполняет три задачи: (а) восстановление оксидов азота до азота и кислорода; (б) окисление окиси углерода до двуокиси углерода; и (c) окисление несгоревших углеводородов до диоксида углерода и воды.

Ниже приведены другие примеры катализаторов и их применения.

  • Массовое производство полимера, такого как полиэтилен или полипропилен, катализируется агентом, известным как катализатор Циглера-Натта, который основан на хлориде титана и соединениях алкилалюминия.
  • Оксид ванадия (V) представляет собой катализатор для производства серной кислоты в высоких концентрациях способом, известным как контактный процесс .
  • Оксид алюминия и кремнезем являются катализаторами расщепления больших молекул углеводорода на более простые - процесса, известного как крекинг .
  • Ряд ферментов используется для химических превращений органических соединений. Эти ферменты называются биокатализаторами , а их действие называется биокатализом .
  • Электроды топливного элемента покрыты катализатором, таким как платина, палладий или наноразмерный порошок железа.
  • Процесс Фишера-Тропша - это химическая реакция, в которой окись углерода и водород превращаются в жидкие углеводороды в присутствии катализаторов на основе железа и кобальта.Этот процесс в основном используется для производства синтетического нефтяного заменителя топлива или смазочного масла.
  • Реакции гидрирования, которые включают добавление водорода к органическим соединениям, таким как алкены или альдегиды, требуют катализатора, такого как платина, палладий, родий или рутений.
  • Ряд химических реакций катализируется кислотами или основаниями.

См. Также

Список литературы

  1. ↑ Обратите внимание, что термин «адсорбция» означает связывание с поверхностью вещества.В этом случае реагенты связываются с поверхностью катализатора.
  2. ↑ «Признание лучших в инновациях: прорывный катализатор», R&D Magazine , сентябрь 2005 г., стр. 20.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 17 января 2017 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Катализатор и скорость реакции | Глава 6: Химические изменения

  • Покажите студентам две демонстрации и попросите их найти доказательства того, что в химических реакциях образуется газ.

    Скажите студентам, что вы покажете им видео двух демонстраций, в которых водяной пар и газообразный кислород образуются в одной и той же химической реакции. Поскольку газы невидимы, попросите студентов внимательно следить за доказательствами того, что газ образуется.

    Спроецируйте видео «Зубная паста слона».

    Вспенивание показывает, что газы (кислород и водяной пар) выделяются очень быстро. Количество пены, образовавшейся за определенный период времени, является способом измерения скорости реакции.

    Спроецируйте видео «Джин в бутылке».

    Пар, выходящий из бутылки, представляет собой водяной пар, который конденсируется на выходе из бутылки. Кислород тоже выходит из баллона, но его не видно.

    Спросите студентов:

    Как узнать, что газ образуется в результате химической реакции?
    Демонстрация вспенивания зубной пасты слона означает, что выделяется газ. Производство газа - это ключ к разгадке химической реакции. Водяной пар в демонстрации джинна в бутылке также показывает производство газа.

    Скажите студентам, что этот урок посвящен ускорению химических реакций.Некоторые реакции происходят очень медленно, но можно добавить химические вещества, называемые катализаторами, чтобы они происходили быстрее. Обе эти демонстрации опирались на катализатор.

  • Опишите, как при разложении перекиси водорода образовался газообразный кислород в обоих видеороликах.

    Скажите студентам, что в обеих демонстрациях используется 30% раствор перекиси водорода. Обычно перекись водорода, которую вы можете купить в магазине, составляет всего 3% перекиси водорода.Объясните учащимся, что химическая формула перекиси водорода H 2 O 2 . Обратите внимание на то, что перекись водорода не очень стабильна и сама по себе распадается на воду и кислород. Такое изменение представляет собой химическую реакцию, называемую разложением. Разложение перекиси водорода происходит медленно и обычно незаметно.

    Спроецировать изображение Разложение перекиси водорода.

    Объясните, что перекись водорода разлагается с образованием воды и кислорода в соответствии с этим химическим уравнением:

    Скажите студентам, что эта химическая реакция происходит сама по себе, и что даже энергия света в комнате может вызвать более быстрое разложение перекиси водорода.Вот почему перекись водорода продается в непрозрачных емкостях.

    Скажите студентам, что в видео было использовано вещество (перманганат калия или диоксид марганца), чтобы ускорить разложение перекиси водорода. Несмотря на то, что это ускорило реакцию, само вещество не изменилось во время реакции. Вещество, которое увеличивает скорость реакции, но не становится частью продуктов реакции, называется катализатором.

    Спросите студентов:

    Ваш учитель показал вам демонстрацию, в которой катализатор добавляется к перекиси водорода и образуется большое количество газообразного кислорода.Если катализатор участвует в химической реакции, почему он не включен как продукт в химическое уравнение?
    Катализатор не попадает в продукты, поэтому не участвует в химической реакции.
    Что делает катализатор в химической реакции?
    Катализаторы помогают реакции протекать быстрее, но не изменяются во время реакции.

    Раздайте каждому учащемуся лист с заданиями.

    Студенты будут записывать свои наблюдения и отвечать на вопросы о деятельности в листе действий.«Объясни это с помощью атомов и молекул» и «Возьми это». Дальнейшие разделы рабочего листа будут заполняться в классе, в группах или индивидуально, в зависимости от ваших инструкций. Посмотрите на версию листа с заданиями для учителя, чтобы найти вопросы и ответы.

  • Попросите учащихся использовать дрожжи для катализирования разложения перекиси водорода.

    Вопрос для расследования

    Может ли другое вещество катализировать разложение перекиси водорода?

    материалов для каждой группы

    • Градуированный цилиндр
    • Перекись водорода (3%)
    • Дрожжи
    • Палочка для мороженого
    • Моющий раствор
    • Капельница

    Подготовка учителей

    Приготовьте раствор моющего средства, добавив 1 чайную ложку жидкого средства для мытья посуды к 2 столовым ложкам воды.Разделите раствор моющего средства поровну на одну маленькую чашку для каждой группы.

    Процедура

    1. Добавьте 10 мл перекиси водорода в мерный цилиндр. Добавьте 1 каплю раствора моющего средства. Осторожно перемешайте и следите за появлением пузырьков в растворе.

      Объясните ученикам, что моющее средство добавляется только для образования пузырьков, если выделяется какой-либо газ. Поскольку при разложении перекиси водорода образуется газообразный кислород, выделение пузырьков показывает, что перекись водорода разрушается или разлагается.Отсутствие пузырьков показывает, что газообразного кислорода образуется не так много.

    2. Кончиком палочки для мороженого добавьте небольшое количество дрожжей к перекиси водорода в градуированном цилиндре и перемешайте.

    3. Поместите мерный цилиндр на стол и следите за появлением пузырьков.
    4. Удерживайте градуированный цилиндр, чтобы увидеть, нет ли каких-либо изменений температуры.

    Ожидаемые результаты

    Перед добавлением дрожжей не наблюдается пузырьков.После добавления дрожжей из-за образования пузырьков пена поднимется вверх по градуированному цилиндру. Кроме того, градуированный цилиндр должен быть немного теплее, потому что при разложении перекиси водорода выделяется энергия. Изменения энергии в химических реакциях будут исследованы более подробно в главе 6, занятие 7.

  • Обсудите наблюдения студентов.

    Спросите студентов:

    Какие у вас есть подсказки о том, что при этом действии произошла химическая реакция?
    Пузырьки.Скажите студентам, что изменение температуры также является признаком возможной химической реакции. Эндотермические и экзотермические химические реакции будут рассмотрены в главе 6, занятие 7.
    Что является катализатором в этой деятельности?
    Вещество в дрожжах.
    Какие у вас есть доказательства того, что перекись водорода разлагается быстрее, когда вы добавляли дрожжи?
    После добавления дрожжей образовались пузырьки газообразного кислорода.
    Должны ли дрожжи быть включены в состав химического уравнения, когда вы пишете химическое уравнение этой реакции?
    Объясните студентам, что катализатор дрожжей не попадает в продукты, а является веществом, которое способствует более быстрому разложению. Иногда катализатор пишется над или под стрелкой в ​​химическом уравнении, но он никогда не включается в реагенты или продукты.

    Обычно катализаторы работают, предоставляя место, где реагенты могут собираться вместе для реакции.Объясните студентам, что клетки дрожжей и других организмов содержат катализатор под названием каталаза . Благодаря нормальным клеточным процессам живые существа производят перекись водорода в своих клетках. Но перекись водорода - это яд, поэтому клеткам нужен способ очень быстро его разрушить. Клетки содержат каталазу, которая очень быстро расщепляет перекись водорода. Одна молекула каталазы может каждую секунду катализировать распад миллионов молекул перекиси водорода.

    Студенты могут продолжить изучение влияния каталазы на перекись водорода, добавив кусок свежего сырого картофеля к небольшому количеству перекиси водорода.

  • Попросите учащихся определить изменения, которые происходят, когда сульфат меди II вступает в реакцию с куском алюминиевой фольги.

    Примечание: Это реакция между сульфатом меди II и алюминием. Медь называется «медь II», потому что медь может образовывать разные типы ионов. Он может потерять один электрон и быть просто Cu + или может потерять два электрона и быть Cu 2+ . Этот тип иона меди называется медью II.Также «сульфат» в сульфате меди II также является ионом. Этот ион состоит из более чем одного атома. Это один из многоатомных ионов, обсуждаемых в главе 4, урок 3. Сульфат-ион состоит из атома серы, связанного с четырьмя атомами кислорода, и рассматривается как один ион (SO 4 2-).

    Есть несколько интересных аспектов реакции между сульфатом меди II и алюминием, но она отличается от других реакций, которые студенты наблюдали до сих пор. В этой реакции движение электронов, а не целых атомов, ионов или молекул, вызывает реакцию.Этот тип реакции называется реакцией окисления / восстановления. Эту конкретную реакцию интересно проводить, потому что она экзотермична, генерирует газ, а металлическая медь появляется, когда металлический алюминий исчезает.

    Соль можно рассматривать как катализатор реакции, но она играет иную роль, чем большинство катализаторов. Сульфат меди II и алюминий реагируют очень медленно, потому что алюминий покрыт очень тонким слоем потускнения (оксида алюминия). Эта реакция может быть ускорена, если слой оксида алюминия удален или нарушен.Добавление соли делает это и позволяет электронам алюминия реагировать с ионами меди в растворе, превращая их в металлическую медь.

    Вопрос для расследования

    Что является катализатором в следующем действии?

    материалов для каждой группы

    • Раствор сульфата меди II (в стакане)
    • Прозрачный пластиковый стаканчик (пустой)
    • Соль
    • Кусок алюминиевой фольги
    • Термометр
    • Палочка для мороженого

    Подготовка учителей

    Приготовьте раствор сульфата меди II, добавив 20 г сульфата меди II в 200 мл воды.Налейте около 25 мл раствора сульфата меди II в чашку для каждой группы. Нарежьте алюминиевую фольгу на кусочки, достаточно большие, чтобы покрыть дно чашки (примерно 5 см в длину и 5 см в ширину).

    Процедура

    1. Поместите кусок алюминиевой фольги в пустую чашку. Пальцами или палочкой для мороженого плотно прижмите фольгу, чтобы она лежала ровно и закрывала дно чашки.
    2. Добавьте весь раствор сульфата меди II в чашку с алюминиевой фольгой.
    3. Осторожно перемешайте раствор в течение нескольких секунд и дайте ему постоять. Следите за алюминием на предмет пузырей или изменения цвета.
    4. Используйте палочку для мороженого, чтобы добавить небольшое количество соли в раствор сульфата меди II. Осторожно перемешайте раствор в течение нескольких секунд и дайте ему постоять. Следите за пузырьками или изменением цвета.

    5. Осторожно поместите термометр в чашку и посмотрите, не изменится ли температура.

    Ожидаемые результаты

    Перед добавлением соли нет пузырей или изменения цвета. После добавления соли цвет становится зеленоватым, и на алюминии начинают образовываться пузырьки. Вскоре на алюминии начинает образовываться коричневатый материал (медь). Барботаж становится более интенсивным, и раствор теряет свой синий цвет, поскольку алюминий исчезает и образуется больше меди. Раствор также становится теплее.

  • Обсудите наблюдения студентов.

    Спросите студентов:

    Как узнать, что происходит химическая реакция, когда кусок алюминиевой фольги и хлорид натрия помещают в раствор сульфата меди II?
    Появились пузыри, изменение цвета, повышение температуры и образование другого твердого вещества.
    Что является катализатором в этой деятельности?
    Соль.
    Чем добавление соли к алюминию похоже на добавление дрожжей к перекиси водорода?
    Оба могут рассматриваться как катализаторы.Добавление дрожжей помогает перекиси водорода быстрее разлагаться, а добавление соли помогает алюминию реагировать с сульфатом меди II.

    Скажите студентам, что синий раствор содержит ионы меди (Cu2 +). Добавление соли в раствор помогает удалить слой налета с алюминия, который находился в растворе. Это обнажает некоторое количество алюминия и позволяет электронам алюминия реагировать с ионами меди. Эти отрицательные электроны притягиваются к положительным ионам меди. Когда электроны соединяются с ионами меди, ионы становятся нейтральными атомами меди и выглядят как металлическая медь в растворе.Когда алюминий теряет свои электроны, он становится ионами алюминия, переходит в раствор и, кажется, исчезает.

  • Центральная роль ферментов как биологических катализаторов - Клетка

    Фундаментальная задача белков - действовать как ферменты - катализаторы, которые увеличивают скорость практически всех химических реакций внутри клеток. Хотя РНК способны катализировать некоторые реакции, большинство биологических реакций катализируются белками. В отсутствие ферментативного катализа большинство биохимических реакций протекают настолько медленно, что они не могли бы происходить в мягких условиях температуры и давления, совместимых с жизнью.Ферменты ускоряют скорость таких реакций более чем в миллион раз, поэтому реакции, на которые в отсутствие катализа потребовались бы годы, могут происходить за доли секунды, если их катализирует соответствующий фермент. Клетки содержат тысячи различных ферментов, и их активность определяет, какая из многих возможных химических реакций действительно происходит внутри клетки.

    Каталитическая активность ферментов

    Как и все другие катализаторы, ферменты характеризуются двумя основными свойствами.Во-первых, они увеличивают скорость химических реакций, не будучи поглощенными реакцией и не подвергаясь ее постоянному изменению. Во-вторых, они увеличивают скорость реакции без изменения химического равновесия между реагентами и продуктами.

    Эти принципы ферментативного катализа проиллюстрированы в следующем примере, в котором молекула, на которую воздействует фермент (называемая субстратом [ S ]), превращается в продукт ( P ) в результате реакции.В отсутствие фермента реакция может быть записана следующим образом:

    Химическое равновесие между S и P определяется законами термодинамики (как обсуждается далее в следующем разделе этой главы) и представлено по соотношению скоростей прямой и обратной реакции ( S P и P S соответственно). В присутствии соответствующего фермента превращение S в P ускоряется, но равновесие между S и P не изменяется.Следовательно, фермент должен одинаково ускорять как прямую, так и обратную реакции. Реакция может быть записана следующим образом:

    Обратите внимание, что фермент ( E ) не изменяется в результате реакции, поэтому химическое равновесие остается неизменным, определяемым исключительно термодинамическими свойствами S и P .

    Эффект фермента на такую ​​реакцию лучше всего иллюстрируется изменениями энергии, которые должны произойти во время превращения S в P ().Равновесие реакции определяется конечными энергетическими состояниями S и P , на которые не влияет ферментативный катализ. Однако для того, чтобы реакция продолжилась, подложку необходимо сначала перевести в состояние с более высокой энергией, называемое переходным состоянием . Энергия, необходимая для достижения переходного состояния (энергия активации), представляет собой барьер для развития реакции, ограничивая скорость реакции. Ферменты (и другие катализаторы) действуют, уменьшая энергию активации, тем самым увеличивая скорость реакции.Повышенная скорость одинакова как в прямом, так и в обратном направлениях, поскольку оба должны проходить через одно и то же переходное состояние.

    Рис. 2.22

    Энергетические диаграммы для катализированных и некаталитических реакций. Проиллюстрированная реакция представляет собой простое преобразование субстрата S в продукт P . Поскольку конечное энергетическое состояние P ниже, чем у S , реакция протекает слева направо. Для (подробнее ...)

    Каталитическая активность ферментов включает связывание их субстратов с образованием комплекса фермент-субстрат ( ES ).Субстрат связывается с определенной областью фермента, называемой активным центром. Связавшись с активным центром, субстрат превращается в продукт реакции, который затем высвобождается из фермента. Таким образом, реакция, катализируемая ферментами, может быть записана следующим образом:

    Обратите внимание, что E остается неизменным с обеих сторон уравнения, поэтому равновесие не нарушается. Однако фермент обеспечивает поверхность, на которой реакции превращения S в P могут протекать более легко.Это результат взаимодействий между ферментом и субстратом, которые снижают энергию активации и способствуют образованию переходного состояния.

    Механизмы ферментативного катализа

    Связывание субстрата с активным центром фермента является очень специфическим взаимодействием. Активные сайты - это щели или бороздки на поверхности фермента, обычно состоящие из аминокислот из разных частей полипептидной цепи, которые собраны вместе в третичной структуре свернутого белка.Субстраты изначально связываются с активным центром за счет нековалентных взаимодействий, включая водородные связи, ионные связи и гидрофобные взаимодействия. Когда субстрат связывается с активным центром фермента, несколько механизмов могут ускорить его превращение в продукт реакции.

    Хотя простой пример, обсужденный в предыдущем разделе, включает только одну молекулу субстрата, большинство биохимических реакций включают взаимодействия между двумя или более различными субстратами. Например, образование пептидной связи включает соединение двух аминокислот.Для таких реакций связывание двух или более субстратов с активным центром в правильном положении и ориентации ускоряет реакцию (). Фермент обеспечивает матрицу, на которой реагенты собираются вместе и должным образом ориентируются, чтобы способствовать образованию переходного состояния, в котором они взаимодействуют.

    Рис. 2.23

    Ферментативный катализ реакции между двумя субстратами. Фермент обеспечивает матрицу, на которой два субстрата сводятся вместе в правильном положении и ориентации для взаимодействия друг с другом.

    Ферменты ускоряют реакции, также изменяя конформацию своих субстратов, чтобы приблизиться к конформации переходного состояния. Простейшей моделью взаимодействия фермент-субстрат является модель lock-and-key , в которой субстрат точно входит в активный центр (). Однако во многих случаях конфигурации как фермента, так и субстрата модифицируются связыванием субстрата - процесс, называемый индуцированной подгонкой . В таких случаях конформация субстрата изменяется так, что она больше напоминает конформацию переходного состояния.Напряжение, вызванное таким искажением подложки, может дополнительно облегчить ее переход в переходное состояние за счет ослабления критических связей. Более того, переходное состояние стабилизируется за счет его прочного связывания с ферментом, тем самым снижая требуемую энергию активации.

    Рисунок 2.24

    Модели взаимодействия фермент-субстрат. (A) В модели с замком и ключом субстрат точно входит в активный центр фермента. (B) В модели индуцированной подгонки связывание субстрата искажает конформации как субстрата, так и фермента.Это искажение (подробнее ...)

    Помимо объединения нескольких субстратов и искажения конформации субстратов для приближения к переходному состоянию, многие ферменты непосредственно участвуют в каталитическом процессе. В таких случаях боковые цепи конкретных аминокислот в активном центре могут реагировать с субстратом и образовывать связи с промежуточными продуктами реакции. Кислые и основные аминокислоты часто участвуют в этих каталитических механизмах, как показано в следующем обсуждении химотрипсина как примера ферментативного катализа.

    Химотрипсин является членом семейства ферментов (сериновых протеаз), которые переваривают белки, катализируя гидролиз пептидных связей. Реакцию можно записать следующим образом:

    Различные члены семейства сериновых протеаз (включая химотрипсин, трипсин, эластазу и тромбин) имеют различные субстратные специфичности; они предпочтительно расщепляют пептидные связи, прилегающие к различным аминокислотам. Например, в то время как химотрипсин расщепляет связи, соседние с гидрофобными аминокислотами, такими как триптофан и фенилаланин, трипсин расщепляет связи рядом с основными аминокислотами, такими как лизин и аргинин.Однако все сериновые протеазы похожи по структуре и используют один и тот же механизм катализа. Активные центры этих ферментов содержат три важные аминокислоты - серин, гистидин и аспартат, которые управляют гидролизом пептидной связи. Действительно, эти ферменты называются сериновыми протеазами из-за центральной роли серинового остатка.

    Субстраты связываются с сериновыми протеазами путем вставки аминокислоты, прилегающей к сайту расщепления, в карман на активном сайте фермента ().Природа этого кармана определяет субстратную специфичность различных членов семейства сериновых протеаз. Например, связывающий карман химотрипсина содержит гидрофобные аминокислоты, которые взаимодействуют с гидрофобными боковыми цепями его предпочтительных субстратов. Напротив, связывающий карман трипсина содержит отрицательно заряженную кислотную аминокислоту (аспартат), которая способна образовывать ионную связь с остатками лизина или аргинина своих субстратов.

    Рисунок 2.25

    Связывание субстрата сериновыми протеазами.Аминокислота, примыкающая к расщепляемой пептидной связи, вставляется в карман в активном центре фермента. В химотрипсине карман связывает гидрофобные аминокислоты; связывающий карман трипсина содержит (подробнее ...)

    Субстрат связывается с расщепляемой пептидной связью рядом с серином активного сайта (). Затем протон этого серина переносится на гистидин в активном центре. Конформация активного центра способствует переносу протона, поскольку гистидин взаимодействует с отрицательно заряженным остатком аспартата.Серин реагирует с субстратом, образуя тетраэдрическое переходное состояние. Затем пептидная связь расщепляется, и С-концевая часть субстрата освобождается от фермента. Однако N-концевой пептид остается связанным с серином. Эта ситуация разрешается, когда молекула воды (второй субстрат) входит в активный центр и обращает вспять предыдущие реакции. Протон молекулы воды переносится на гистидин, а его гидроксильная группа переносится на пептид, образуя второе тетраэдрическое переходное состояние.Затем протон переносится от гистидина обратно к серину, и пептид высвобождается из фермента, завершая реакцию.

    Рисунок 2.26

    Каталитический механизм химотрипсина. Три аминокислоты в активном центре (Ser-195, His-57 и Asp-102) играют решающую роль в катализе.

    Этот пример иллюстрирует несколько особенностей ферментативного катализа; специфичность взаимодействий фермент-субстрат, расположение различных молекул субстрата в активном центре и участие остатков активного сайта в формировании и стабилизации переходного состояния.Хотя тысячи ферментов в клетках катализируют множество различных типов химических реакций, к их работе применимы одни и те же основные принципы.

    Коферменты

    Помимо связывания своих субстратов, активные центры многих ферментов связывают другие небольшие молекулы, которые участвуют в катализе. Протезные группы - это небольшие молекулы, связанные с белками, в которых они играют важнейшие функциональные роли. Например, кислород, переносимый миоглобином и гемоглобином, связан с гемом, простетической группой этих белков.Во многих случаях ионы металлов (например, цинка или железа) связаны с ферментами и играют центральную роль в каталитическом процессе. Кроме того, различные низкомолекулярные органические молекулы участвуют в определенных типах ферментативных реакций. Эти молекулы называются коферментами, потому что они работают вместе с ферментами, увеличивая скорость реакции. В отличие от субстратов, коферменты не изменяются необратимо в результате реакций, в которых они участвуют. Скорее они перерабатываются и могут участвовать во множестве ферментативных реакций.

    Коферменты служат переносчиками нескольких типов химических групп. Ярким примером кофермента является никотинамидадениндинуклеотид ( NAD + ), который функционирует как переносчик электронов в окислительно-восстановительных реакциях (). NAD + может принимать ион водорода (H + ) и два электрона (e - ) от одной подложки, образуя NADH. Затем НАДН может отдать эти электроны второй подложке, повторно образуя НАД + .Таким образом, NAD + переносит электроны от первой подложки (которая окисляется) ко второй (которая восстанавливается).

    Рисунок 2.27

    Роль NAD + в окислительно-восстановительных реакциях. (A) Никотинамидадениндинуклеотид (NAD + ) действует как переносчик электронов в окислительно-восстановительных реакциях, принимая электроны (e -) с образованием NADH. (B) Например, NAD + может принимать электроны от одного субстрата (подробнее ...)

    Несколько других коферментов также действуют как переносчики электронов, а третьи участвуют в переносе множества дополнительных химических групп (e .g. карбоксильные группы и ацильные группы; ). Одни и те же коферменты действуют вместе с множеством различных ферментов, катализируя перенос определенных химических групп между широким спектром субстратов. Многие коферменты тесно связаны с витаминами, которые вносят часть или всю структуру кофермента. Витамины не требуются бактериям, таким как E. coli , но являются необходимыми компонентами рациона человека и других высших животных, которые утратили способность синтезировать эти соединения.

    Регулирование активности ферментов

    Важной особенностью большинства ферментов является то, что их активность непостоянна, а вместо этого может модулироваться. То есть активность ферментов можно регулировать таким образом, чтобы они функционировали надлежащим образом для удовлетворения разнообразных физиологических потребностей, которые могут возникнуть в течение жизни клетки.

    Одним из распространенных типов регуляции ферментов является ингибирование с обратной связью, при котором продукт метаболического пути подавляет активность фермента, участвующего в его синтезе.Например, аминокислота изолейцин синтезируется серией реакций, начиная с аминокислоты треонина (). Первый этап этого пути катализируется ферментом треониндезаминазой, который ингибируется изолейцином, конечным продуктом пути. Таким образом, достаточное количество изолейцина в клетке ингибирует треониндезаминазу, блокируя дальнейший синтез изолейцина. Если концентрация изолейцина снижается, подавление обратной связи снимается, треониндезаминаза больше не ингибируется и синтезируется дополнительный изолейцин.Регулируя таким образом активность треониндезаминазы, клетка синтезирует необходимое количество изолейцина, но не тратит энергию на синтез большего количества изолейцина, чем необходимо.

    Рисунок 2.28

    Запрет обратной связи. Первый этап превращения треонина в изолейцин катализируется ферментом треониндезаминазой. Активность этого фермента подавляется изолейцином, конечным продуктом метаболизма.

    Ингибирование по обратной связи является одним из примеров аллостерической регуляции, при которой активность фермента контролируется связыванием малых молекул с регуляторными участками фермента ().Термин «аллостерическая регуляция» происходит от того факта, что регуляторные молекулы связываются не с каталитическим сайтом, а с отдельным сайтом белка ( алло = «другой» и стерический = «сайт»). Связывание регуляторной молекулы изменяет конформацию белка, что, в свою очередь, изменяет форму активного центра и каталитическую активность фермента. В случае треониндезаминазы связывание регуляторной молекулы (изолейцина) подавляет ферментативную активность. В других случаях регуляторные молекулы служат активаторами, стимулируя, а не ингибируя целевые ферменты.

    Рисунок 2.29

    Аллостерическая регуляция. В этом примере активность фермента ингибируется связыванием регуляторной молекулы с аллостерическим сайтом. В отсутствие ингибитора субстрат связывается с активным центром фермента, и реакция продолжается. Связывание (подробнее ...)

    Активность ферментов также может регулироваться их взаимодействием с другими белками и ковалентными модификациями, такими как добавление фосфатных групп к остаткам серина, треонина или тирозина.Фосфорилирование - особенно распространенный механизм регулирования активности ферментов; добавление фосфатных групп либо стимулирует, либо подавляет активность многих различных ферментов (). Например, мышечные клетки реагируют на адреналин (адреналин), расщепляя гликоген на глюкозу, тем самым обеспечивая источник энергии для повышенной мышечной активности. Распад гликогена катализируется ферментом гликогенфосфорилазой, который активируется фосфорилированием в ответ на связывание адреналина с рецептором на поверхности мышечной клетки.Фосфорилирование белков играет центральную роль в контроле не только метаболических реакций, но и многих других клеточных функций, включая рост и дифференцировку клеток.

    Рисунок 2.30

    Фосфорилирование белка. Некоторые ферменты регулируются добавлением фосфатных групп к ОН-группам боковой цепи серина (как показано здесь), треонина или тирозиновых остатков. Например, фермент гликогенфосфорилаза, который катализирует преобразование (подробнее ...)

    Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

    Что такое катализ?

    Эти микроорганизмы используются для биологической очистки сточных вод. и являются хорошим примером силы катализа, - говорит Брюс Риттманн, профессор гражданского строительства.Красные порции плотно упакованы скопления бактерий, окисляющих аммоний, являющийся загрязнителем, превращая его в нитрит. Зеленые части - это небольшие скопления бактерий. которые окисляют нитрит, превращая его в менее вредный нитрат.

    Что такое катализ?

    Катализ - это химическая реакция, вызванная катализатором.Катализатор химическая версия "свахи", потому что физически объединяет два химических вещества таким образом, что их шанс на реакцию максимально.

    Однако катализаторы не могут сочетать химические вещества, если нет "химия." Вместо этого они позволяют реагировать на происходят быстрее, достаточно быстро, чтобы их можно было использовать для очистки окружающей среды или для производства химический продукт.

    Катализаторы бывают разных форм. Некоторые из них представляют собой пористые твердые частицы, такие как платина, родиевые и палладиевые сетки, удаляющие оксид азота из автомобиля выхлоп.Другие представляют собой белковые молекулы, называемые ферментами, которые содержатся в в микроорганизмах. Третьи - твердые вещества природного происхождения, такие как иксиды марганца или железа. Однако независимо от структуры катализатора, он ускоряет реакции, не изменяясь при этом.

    Сильная сторона Центра катализа и поверхностных исследований и Институт экологического катализа - это экспертный и научный интуиция его исследователей.В их число входят экспериментаторы, использующие различные методы изучения атомной структуры катализаторов и теоретики, которые проверяют и моделируют экспериментальные результаты.

    Например, используя передовые методы электронной микроскопии, Лоуренс Маркс, профессор материаловедения и инженерии, и Винаяк Дравид, доцент кафедры материаловедения и инженерии, сфотографировать электронная структура катализаторов с точностью до нанометра. Разведка отдельного след, Питер Стэр, профессор химии; Эрик Вельц, профессор химии; и Рэндалл Снурр, доцент кафедры химического машиностроения, на карте происходит со временем - с побочными продуктами реакции, а также оригинальные химикаты.

    Линда Бродбелт, доцент кафедры химического машиностроения; Дональд Эллис, профессор химии, физики и астрономии; Snurr; и Роберт Чжоу из UOP LLC в Дес-Плейнсе, штат Иллинойс, смоделировал эти атомные и субатомные изменения на компьютерах, сбор информации о кластерах и о том, как их электроны ведут себя.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *