Характерной особенностью катализа является сохранение катализатором своего состава в процессе реакции. Из этого не следует, что при течении каталитической реакции катализатор не претерпевает никаких изменений. Во многих случаях наблюдаются изменения структуры катализатора, а иногда и его состава в результате взаимодействия с примесями или даже основными компонентами реакционной смеси. Характерным для катализа является то, что все эти изменения представляют собой побочные процессы, ни в коей мере не обусловливающие каталитические действия.

Возможность ускорения химических реакций и направления их в сторону образования желаемых продуктов без затраты энергии и катализатора и определяет исключительно большое практическое значение. Воздействие катализатора на химическую реакцию осуществляется путем промежуточного химического взаимодействия его с реагирующими веществами. Взаимодействие с катализатором открывает новый реакционный путь, обычно более сложный по числу стадий, на котором катализатор входит в состав активного комплекса по крайней мере одной из стадий. В соответствии с этим катализатор можно определить как вещество, изменяющее скорость химической реакции, участвуя в образовании активного комплекса одной из стадий данной реакции, и восстанавливающее свой химический состав при его превращении.

Виды катализа.

Выделяют два основных вида катализа вида катализа:

¨ Гомогенный катализ – при таком виде катализа катализатор и участвующие в реакции вещества образуют одну однородную систему.

Примером гомогенного катализа является окисление CO и CO2 в присутствии паров воды.

¨ Гетерогенный катализ – процесс при котором катализатор и участвующие в реакции вещества находятся в разных фазах и разделены границей раздела. Чаще катализатор при гетерогенном катализе это твердое тело, а реагирующее вещество – газ или жидкость.

Примером гетерогенного катализа является окисление аммиака в присутствии металлической платины.

¨ Отдельно выделяют микрогетерогенный катализ – в этом случае катализатор находится в каллойдном или высокомолекулярном состоянии.

Примером служат биокаталитические процессы.

Важнейшие каталитические процессы в промышленности.

1. Первым промышленным производством, основанным на использовании катализа, явился процесс Дикона - получение хлора окислением хлористого водорода кислородом воздуха при 400' в присутствии солей Сu.

2. Получение серной кислоты – её получают при окислении SO2 кислородом в присутствии платины. Были также разработаны ванадиевые катализаторы (V2O5 нанесенный в смеси с K2SO4 на различные носители).

3. Получение азотной кислоты – окисление аммиака на платиновых сетках. Широко используют для производства удобрений, взрывчатых веществ, и других химических продуктов.

4. Получение каучука синтетического – превращением спирта в дивинил.

5. Получение моторного топлива при помощи каталитического гидрирования угля и смолы.

6. Для повышения качества бензинов используют каталитические реакции циклизации и ароматизации углеводородов на платине.

Катализ в живой природе.

Катализ играет ведущую роль в химических превращениях не только в промышленности, но и в живой природе. Вся сложная система управления жизненными процессами в организмах основана на сложных комплексах химических превращений, обуславливающих брожение, дыхание, пищеварение, преобразование химической энергии в механическую и т. п. Все эти процессы осуществляются с помощью ферментов - катализаторов белковой природы, образующихся в живых телах. По некоторым свойствам ферменты существенно превосходят промышленные катализаторы. В настоящее время широко ведутся исследования синтетических катализаторов - органических полупроводниковых комплексных соединений, различных полимеров и характеризующихся более простым составом и моделирующих в известной степени действие ферментов.

В этом и состоит главным образом проблема катализа, чтобы разработать дешевые, экономичные, сходные по скорости каталитического действия с ферментами живой природы катализаторы. Но не следует забывать и об их экологической безопасности для окружающей среды и человека.

Заключение.

Оценив состояние окружающей среды и уровень развития производства с точки зрения экологичности, возникает необходимость принятия конкретного решения о способе сохранения и возрождения чистой окружающей среды.

Главное, выбрать наиболее естественный способ, а именно сократить до минимума загрязнение окружающей среды и дать природе возможность регенерироваться за счет внутренних сил.

То есть необходимо прийти к гармонизации отношений природы и техники.

Ведь любое предприятие предназначено для выпуска той или иной необходимой продукции. Однако завод или ферма существуют в окружении конкретной среды – экологических систем, которые неизбежно подвергаются воздействию со стороны производства. Пренебрежение состоянием окружающей среды в интересах экономии средств неизбежно ведет к отрицательным последствиям и для самого предприятия. Решать подобные проблемы предлагается на основе гармонизации отношений природных и технических компонентов путем создания и эксплуатации, так называемых природно-технических или геотехнических систем, которые в свете экологического подхода правильнее рассматривать в качестве эколого-экономических.

¨ Такая система – это совокупность технических устройств и взаимодействующих с ними элементов природной среды, которая в ходе совместного функционирования обеспечивает, с одной стороны, высокие производственные и прочие целевые показатели, а с другой – поддержание в зоне своего влияния благоприятной экологической обстановки, максимально возможное в каждом конкретном случае сохранение и воспроизводство естественных ресурсов.

Производство воздействует на природные системы (положительная обратная связь). Эти воздействия (знак «плюс»), т.е. фактически управление, могут проявляться в извлечении природных ресурсов, размещении производственных отходов (загрязнении) и т. п. В свою очередь, окружающая среда также может влиять на предприятие (рис. 1). Подобные воздействия так или иначе могут привести к разрушению управляемой подсистемы, а следовательно, и всей эколого-экономической системы. Чтобы этого не происходило, необходимы компенсационные ответы со стороны управляемой подсистемы по отношению к управляющей через каналы отрицательной обратной связи (знак «минус»). Природные системы не располагают достаточным запасом информации для того, чтобы компенсировать влияние на них производства. Поэтому соответствующие функции управления должен брать на себя человек.

Рис.1. Эколого-экономическая система

Это означает, что в эколого-экономической системе должен присутствовать особый блок управления. Он воспринимает информацию от природных систем (окружающей среды) о происходящих в них изменениях, оценивает возможные негативные последствия и передает соответствующую команду управляющей системе (в данном случае – производственному предприятию). В качестве блока управления могут выступать органы власти или специально уполномоченные ими службы (например, службы охраны окружающей среды).