Каталитическое окисление
Добрый день, уважаемые читатели.
Сегодня мы поговорим с вами о катализе, а если быть точным, то об одном из его частных случаев - о каталитическом окислении.
Итак, катализ - это изменение скорости термодинамически разрешённой химической реакции при воздействии веществ (катализаторов), которые участвуют в реакции, но не входят в состав продуктов.
А катализатор — это вещество, участвующее в реакции и изменяющее её скорость, но остающееся неизменным после того, как реакция заканчивается т.е. катализатор регенерируется после каждого цикла превращения реагентов в продукты реакции. Катализатор участвует в реакции, образуя интермедиаты с реагентами, изменяет путь реакции и тем самым влияет на энергию активации, но при этом не влияет на суммарные термодинамические характеристики катализируемой реакции.
Катализ достаточно широко распространён в природе, а также активно используется в науке и технике. Так, например, его используют в нефтехимии (для крекинга и риформинга), производстве серной кислоты и аммиака (процесс Габера-Боша), очистке выхлопных газов и промышленных выбросов и пр.
Пронаблюдать самостоятельно за одним из каталитических процессов можно на достаточно простом примере - каталитическом окисление смеси ацетон-изопропиловый спирт и ей подобных.
Для проведения опыта необходимо взять колбу ёмкостью 500-1000 мл, налить на её дно около 10-15 мл смеси, состоящей из 50% ацетона и 50% изопропилового спирта. После этого колбу необходимо взболтать для ускорения заполнения парами смеси. Далее необходимо свернутую в спираль медную проволоку, либо сложенную в несколько слоев медную фольгу нагреть докрасна и опустить в колбу с парами смеси. На поверхности меди начнётся процесс каталитического окисления. Данный процесс экзотермический т.е. протекает с выделением тепла, которое поддерживает необходимую температуру катализатора.
При правильном подборе параметров (площади испарения смеси, соотношения площади поверхности фольги (проволоки) к её массе, скорости отвода паров смеси и продуктов реакции из зоны реакции) процесс каталитического окисления с видимым свечением меди может продолжаться несколько часов - практически до полного израсходования топлива.
Выглядит достаточно красиво…
А вживую это выглядит вот так:
В опыте была применена смесь ацетона и изопропилового спирта для регуляции скорости испарения. В реальности для проведения опыта можно воспользоваться чистым ацетоном, изопропиловым спиртом, этиловым спиртом и даже метиловым спиртом.
В случае использования этилового спирта в качестве продуктов реакции образуется уксусный альдегид и вода. При этом ощущается специфический запах - это и есть запах уксусного альдегида.
В случае использования метанола в качестве продуктов реакции образуется формальдегид и вода. Из-за образующегося токсичного формальдегида использовать метанол не рекомендуется (либо проводить необходимо в вытяжном шкафу). Впрочем, и сам метанол также токсичен для человека.
В случае использования ацетона в качестве продуктов реакции образуется уксусный альдегид и уксусная кислота. В классическом исполнении опыта используется именно ацетон. Опыт при этом называется «Ацетоновый фонарик».
В случае использования изопропилового спирта в качестве продуктов реакции образуется ацетон и вода. А далее происходит каталитическое окисление ацетона, аналогично предыдущему случаю.
Визуально опыт будет выглядеть примерно одинаково независимо от того, какое конкретно «топливо» вы для используете для его постановки. Единственное что следует дополнительно отметить: используемые спирты и ацетон горючи, а смесь паров с воздухом взрывоопасна. В связи с этим при проведении опыта к горлу колбы КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩЕНО подносить открытое пламя.
А на этом на сегодня всё. Спасибо, что дочитали до конца!