Καταλυτικός μετατροπέας. Καταλυτικός μετατροπέας ή καταλύτης

Τα καύσιμα που χρησιμοποιούνται στα περισσότερα αυτοκίνητα είναι βενζίνη και αιθανόλη. Η πλήρης καύση αυτών των δύο καυσίμων παράγει διοξείδιο του άνθρακα (CO_{2 (ζ)}) και νερό (Η₂Ο). Δυστυχώς, ωστόσο, η ατελής καύση και οι ακαθαρσίες που υπάρχουν στο αλκοόλ και τη βενζίνη μπορούν να δημιουργήσουν ουσίες που είναι πολύ ρυπογόνες για το περιβάλλον. Στην περίπτωση της βενζίνης, το μονοξείδιο του άνθρακα (CO_(σολ)); υδρογονάνθρακες (ενώσεις αποτελούμενες από άνθρακα και υδρογόνο), όπως αιθάνιο (C₂Η_{6 (ζ)}); και οξείδια του αζώτου (ΟΧΙ_Χ), κυρίως μονοξείδιο του αζώτου (NO) και διοξείδιο του αζώτου (NO_{2 (ζ)}).

Έτσι, για να αποφευχθεί η αύξηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, όλα τα αυτοκίνητα χρειάζονται εξοπλισμό που ονομάζεται καταλυτικός μετατροπέας ή καταλυτικός μετατροπέας, ο οποίος είναι μια συσκευή κατά της ρύπανσης, η οποία έχει τη λειτουργία της επεξεργασίας αυτών των αερίων που απελευθερώνονται από τον κινητήρα εσωτερικής καύσης και τη μετατροπή τους σε λιγότερο επιβλαβή αέρια. Οι καταλυτικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται επίσης για το σκοπό αυτό σε ορισμένες βιομηχανικές διαδικασίες.

Τα αναφερόμενα αέρια ρύπανσης αφήνουν τον κινητήρα και μπαίνουν στον καταλυτικό μετατροπέα, περνώντας μέσα από ένα είδος "κυψέλης", των οποίων τα κύτταρα είναι γενικά κατασκευασμένα από κεραμικό ή μεταλλικό υλικό, το οποίο είναι επικαλυμμένο με αλουμίνα (οξείδιο του αργιλίου - Αλ₂Ο₃). Αυτό το σχήμα κηρήθρας, με μικροσκοπικά κανάλια, είναι σημαντικό επειδή παρέχει μια μεγάλη επιφάνεια επαφής για τα αέρια, κάνοντάς τα να αντιδρούν πιο γρήγορα.

Αλλά ο πραγματικός καταλύτης είναι ένα μέταλλο που βρίσκεται πάνω από το οξείδιο του αργιλίου. Τυπικά τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται είναι παλλάδιο, ρόδιο, λευκόχρυσο ή μολυβδαίνιο. Μπορείτε επίσης να αναμίξετε αυτά τα μέταλλα και να χρησιμοποιήσετε κράματα. Για παράδειγμα, στην περίπτωση της βενζίνης, χρησιμοποιείται συνήθως ένα κράμα παλλαδίου και θορίου. Στην περίπτωση της αιθανόλης, χρησιμοποιείται ένα άλλο κράμα παλλαδίου και μολυβδαινίου. Αυτά τα μέταλλα εκτελούν ετερογενή κατάλυση με ρυπογόνα αέρια.

Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση;)

ετερογενής κατάλυση Είναι ένας τύπος αντίδρασης στον οποίο ο καταλύτης σχηματίζει με τα αντιδραστήρια (στην περίπτωση αυτή, τα ρυπογόνα αέρια) ένα πολυφασικό σύστημα. Αυτό συμβαίνει επειδή ο καταλύτης προσροφά, δηλαδή, συγκρατεί τα μόρια των αντιδρώντων στην επιφάνειά του, αποδυναμώνει τους δεσμούς τους και καθιστά τη διαδικασία αντίδρασης ταχύτερη.

Ως αποτέλεσμα, καταλύτες μέταλλα μετασχηματίζουν ρυπογόνους παράγοντες όπως CO και ΝΟ_Χ σε μη τοξικά αέρια όπως CO₂Χ₂Ο, Ο₂ και όχι₂. Δείτε μερικές από αυτές τις αντιδράσεις παρακάτω και σημειώστε ότι μέσω αυτών υπάρχει οξείδωση των υδρογονανθράκων και CO (προέρχεται από ατελή καύση) και επίσης η μείωση των οξειδίων του αζώτου σε αέριο άζωτο (N₂):

2 CO_(σολ) + 2 ΟΧΙ_(σολ) → 2 CO_{2 (ζ)} + 1 Β_{2 (ζ)}
2 CO_(σολ) + 1 Ο_{2 (ζ)} → 2 CO_{2 (ζ)}
2C₂Η_{6 (ζ)} + 7 O_{2 (ζ)} → 4 CO_{2 (ζ)} + 6 Ω₂Ο_(v)
2 ΟΧΙ_{2 (ζ)} +4 CO_(σολ) → 1 Ν_{2 (ζ)} + 4 CO_{2 (ζ)}
2 ΟΧΙ_{2 (ζ)} → 1 Ν_{2 (ζ)} + 2 O_{2 (ζ)}
2 ΟΧΙ_(σολ) → 1 Ν_{2 (ζ)} + 1 Ο_{2 (ζ)}

Από την Jennifer Fogaça
Αποφοίτησε στη Χημεία

Θα θέλατε να αναφέρετε αυτό το κείμενο σε σχολείο ή ακαδημαϊκό έργο; Κοίτα:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Καταλυτικός μετατροπέας"; Σχολείο της Βραζιλίας. Διαθέσιμο σε: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/conversor-catalitico.htm. Πρόσβαση στις 28 Ιουνίου 2021.