Tepkime sürecinde, herhangi bir değişikliğe uğramadan kimyasal tepkime hızını artıran maddelere «katalizör»denir. Kataliz süreciyle, kimya ve petrol endüstrisinde her yıl milyonlarca ton ürün elde edilir. Kataliz süreçleriyle elde edilen ürünler, yapay GÜBRE'ler, petrol türevi yakıtlar, yapay lifler, PLASTİKLER, yemeklik yağlar ve yapay kauçuktur. Kataliz süreçleri, çevre kirlenmesi konusunda alman önlemler arasında da yeralır. Sözgelimi, taşıtların oluşturduğu egzoz gazları, katalizörlü dönüştürücülerden geçirilerek zararsız duruma getirilebilir.
Birçok kimyasal.madde, katalizör olarak görev yapabilir: Sözgelimi, platin, nikel ya da gümüş gibi metaller; vanadyum pentoksit, krom oksit ya da alüminyum oksit gibi metal oksitler. Kataliz etkinliği bir tepkime hızıdır ve katalizörden katalizöre değişir. Belirli bir kimyasal tepkimenin hızı, kullanılan katalizöre bağlıdır. Bazen, bir kimyasal tepkime, değişik katalizörler kullanılarak, bütünüyle farklı biçimlerde de yürütülebilir. Önemli bir nitelik olan kataliz seçiciliği ise, katalizörün, belirli bir tepkimenin hızının artırılmasını sağlama özelliğidir.
Uygulamalar: Azotlu gübre üretimi, atmosferdeki azot (Nı) ve hidrojenden (Hı) amonyak (NH,) bireşimiyle başlar. Azot ve hidrojenin ekonomik olaraktepkimeye girmesini sağlayan katalizörün bulunması, ilk katalizör uygulama örneklerinden biridir. Yıllar süren araştırmalardan sonra, 1909'da bir demir filizi olan magnetitten (Fe,0,) yapılmış demir katalizörün, uzun süre (katalizör ömrü) için kesintisiz amonyak üretimi sağladığı anlaşılmıştır. Söz konusu demir katalizörde, verimi artıran yabancı maddeler bulunuyordu. Günümüzde de katalizörlere, etkilerini artırmak için bazı maddeler (destekleyici) katılır. Başka bir kataliz süreci de, amonyağın yükseltgenmesidir. Bu süreçte, katalizör olarak platinrodyum alaşımı kullanılır ve nitrik asit oluşur. Nitrik asit, amonyakla birleştirilerek, çok kullanılan amonyum nitrat gübresi elde edilir. Bir kataliz tepkimesinin ortaya çıkması için.tepkimeye giren maddelerin, geçici olarak katalizöre bağlanması gerekir. Katı katalizör durumunda bu bağlanma, «yüze tutunma diye adlandırılır. Yüze tutunma kuvveti, çeşitli durumlara göre farklılık gösterir.
Sözgelimi, kimyasal yüze tutunma durumunda, kimyasal bağlar, atom ve atom zincirleri arasında oluşur. Daha zayıf bir bağlanma biçimi olan fiziksel yüze tutunma durumundaysa, molekülden moleküle bağlanma söz konusudur. Yukardaki' çizimde görüldüğü gibi, yüze tutunma, demir katalizörün içindeki değil, yüzeyindeki atomlarla gerçekleşir. Azot ve hidrojen gaz MOLEKÜL'leri, demir atomları yüzeyine yayılır ve atomlara ayrılarak, tek tek atomlar halind'e yüze tutunur. Katalizör yüzeyinde azot (N) atomları, bir hidrojen atomuna katılarak, önce NH oluşturur. Ardından, başka bir hidrojen atomu ile NHı ortaya çıkarılır. Sonunda, üçüncü hidrojen atomunun katılmasıyla amonyak (NHS) oluşumu tamamlanır. Oluşan amonyak molekülü, katalizör yüzeyinden, yüzden bırakma( desorplama) yoluyla ayrılır ve yayılır.
Enerji: Kimyasal tepkimelerin çoğu, kendiliğinden ortaya çıkmaz. Genellikle, tepkimenin yürümesi, tepkimeye giren maddelerin etkinleştirilmesine bağlıdır. Bunun için enerji, sözgelimi ısı gerekir. Katalizörün kullanıldığı bir kimyasal tepkime için gerekli enerji, katalizör kullanılmaksızın yapılandan çok daha düşük düzeydedir.
Kataliz etkisinin birçok yönü tam olarak anlaşılamamakla birlikte, amonyak eldesinde demirin ne işe
yaradığı açıklanabilmektedir. Demir katalizör, azot atomlarını, hidrojen atomlarıyla tepkimeye girmeleri için yeterli güçte tutar. Amonyak üretiminde başka metaller elverişli değildir. Çünkü bunlarla yüze tutunma, ya daha kuvvetli olarak tepkimeye izin vermez ya da daha zayıf olduğundan,yüze tutunan atomlann sayısını azaltır.
Yüzey alanı:
Katı katalizörlerde, kataliz sürecinde yalnızca yüzey atomları yeraldığından, bu tür katalizörler olabildiğince geniş yüzeyli hazırlanır. MARGARİN ÜRETİMİ'nde sıvı bitki yağları, nikel katalizör kullanılarak hidrojenle sertleştirilir (hidrojenasyon). Etkin katalizör, nikelalüminyum alaşımından, alüminyumun, sıcak alkali çözeltisiyle uzaklaştırılması yöntemiyle hazırlanır. Böylece, yüzey alanı çok geniş katalizör (100 m2'ye bir gram nikel) elde edilmiş olur. Katalizör olarak platin gibi değerli bir metal kullanıldığında, özel bir taban üstüne çok küçük bir miktar yayılır. Alüminyum oksit ve odun kömürü gibi çok gözenekli katılar (her gramının yüzeyi bin metre karedir), katalizör tabanı olarak kullanılır.
Benzin üretiminde iki önemli süreçten yararlanılır: Katalizle ayırma (katalitik kraking); katalizle oluşturma (katalitik reforming). Katalizle ayırmada HİDROKARBON molekülleri, silisalüminyum oksit katalizörleriyle daha küçük birimlere parçalanır. Son zamanlarda, katalizör olarak, «zeolit» adı verilen alüminyum silikat da kullanılmaktadır. Katalizle oluşturmada, benzinin oktan sayısı, asitlendirilmiş alüminyum oksit üstüne tutturulmuş platin katalizörler üstünden geçirilerek artırılır (Bk. PETROL RAFİNERİSİ).
Katalizör zehirlenmesi: Kimyasal tepkimede tüketilmemelerine karşılık katalizörler, zamanla etkilerini yitirebilirler. Sözgelimi, bir katı katalizörün, çok ısıtılırsa etkisi azalır. Bu koşullarda, geniş yüzeyli, çok gözenekli bir yapı, daha büyük birimler biçiminde birleşip, daha düşük yüzeyli hale gelir. Bu süreç, [i]
Kaynak:4-cilt: 4

Nüve Forum » kütüphane » Bilim ve Teknoloji » Araçlar ve Gereçler »