विषमांगी उत्प्रेरक सामग्री
विषमांगी उत्प्रेरक सामग्री ऐसे ठोस पदार्थ होते हैं जिनकी सतहें गैसों या द्रवों की रासायनिक अभिक्रियाओं को बिना स्वयं उपभोग हुए त्वरित करती हैं, सक्रिय स्थल प्रदान करती हैं जहाँ अभिकारक अधिशोषित होते हैं, अभिक्रिया करते हैं और विशोषित होते हैं।
Definition
एक विषमांगी उत्प्रेरक एक ठोस पदार्थ है जो सतह सक्रिय स्थल प्रदान करके, अधिशोषण और बंधन पुनर्गठन के माध्यम से सक्रियण अवरोध को कम करके, जबकि स्वयं उपभोग न होकर, एक अलग चरण में होने वाली अभिक्रिया की दर को बढ़ाता है।
Scope
यह विषय ठोस उत्प्रेरकों के पदार्थ रसायन विज्ञान को समाहित करता है: समर्थित धातु नैनोकण, धातु ऑक्साइड और सूक्ष्मछिद्रित ज़ियोलाइट; सक्रिय स्थल और सतह संरचना जो गतिविधि और चयनात्मकता निर्धारित करते हैं; उत्प्रेरक चक्र के अधिशोषण, सतह अभिक्रिया और विशोषण चरण; और समर्थन, प्रमोटरों और सरंध्रता की भूमिकाएँ। यह सतह और दोष रसायन विज्ञान को औद्योगिक उत्प्रेरकों के प्रदर्शन और स्थायित्व से जोड़ता है।
Core questions
- एक ठोस उत्प्रेरक के सक्रिय स्थल क्या हैं?
- अधिशोषण, सतह अभिक्रिया और विशोषण उत्प्रेरक चक्र का निर्माण कैसे करते हैं?
- समर्थन, प्रमोटर और सरंध्रता गतिविधि और चयनात्मकता को कैसे प्रभावित करते हैं?
- उत्प्रेरक निष्क्रियता का क्या कारण है?
Key concepts
- सक्रिय स्थल
- अधिशोषण और विशोषण
- समर्थित धातु उत्प्रेरक
- ज़ियोलाइट और आकार चयनात्मकता
- प्रमोटर और समर्थन
- निष्क्रियता और विषाक्तता
Key theories
- सतह उत्प्रेरक चक्र
- उत्प्रेरण अभिकारकों के सतह स्थलों पर अधिशोषण, अधिशोषित प्रजातियों की अभिक्रिया और उत्पादों के विशोषण द्वारा आगे बढ़ता है; अधिशोषण की शक्ति मध्यवर्ती होनी चाहिए - बंधों को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त मजबूत लेकिन उत्पादों को छोड़ने के लिए पर्याप्त कमजोर - जो बंधन ऊर्जा और गतिविधि के बीच ज्वालामुखी संबंध देता है।
- सक्रिय स्थल, समर्थन और चयनात्मकता
- गतिविधि विशिष्ट सतह स्थलों पर होती है जिनकी संरचना और इलेक्ट्रॉनिक अवस्था अभिक्रिया को निर्धारित करती है; सक्रिय चरण को एक समर्थन पर फैलाना स्थलों को अधिकतम करता है, जबकि प्रमोटर और ज़ियोलाइट के आकार-चयनात्मक छिद्र यह निर्धारित करते हैं कि कौन से उत्पाद बनते हैं।
Mechanisms
अभिकारक अणु सतह स्थलों पर रसायन-अधिशोषित होते हैं, जहाँ बंधन कमजोर होते हैं और पुनर्व्यवस्थित होते हैं; सतह मध्यवर्ती अभिक्रिया करते हैं और उत्पाद विशोषित होकर अगले चक्र के लिए स्थल को मुक्त करते हैं। गतिविधि अधिशोषण शक्ति और स्थल संरचना पर निर्भर करती है, और निष्क्रियता विषाक्तता, दूषण, सिंटरिंग या सक्रिय चरण के नुकसान से होती है।
Clinical relevance
विषमांगी उत्प्रेरक अधिकांश रासायनिक और ऊर्जा उद्योगों का आधार हैं: वे उर्वरक और ईंधन बनाते हैं, पेट्रोलियम को परिष्कृत करते हैं, ऑटोमोबाइल और औद्योगिक उत्सर्जन को नियंत्रित करते हैं, और स्वच्छ रासायनिक संश्लेषण को सक्षम करते हैं, इसलिए उनकी गतिविधि, चयनात्मकता और स्थिरता में सुधार का व्यापक आर्थिक और पर्यावरणीय प्रभाव पड़ता है।
History
विषमांगी उत्प्रेरण बीसवीं सदी की शुरुआत की औद्योगिक प्रक्रियाओं जैसे अमोनिया संश्लेषण से विकसित हुआ, जिसमें सबेटियर और लैंगमुइर ने सतह प्रतिक्रियाशीलता और अधिशोषण के लिए नींव रखी। एर्टल के बाद के परमाणु-स्तरीय अध्ययनों ने, जो 2007 के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किए गए, यह स्थापित किया कि ठोस उत्प्रेरक कैसे काम करते हैं।
Key figures
- Gerhard Ertl
- Irving Langmuir
- Paul Sabatier
Related topics
Seminal works
- chorkendorff2017
- thomas1997
Frequently asked questions
- एक उत्प्रेरक के लिए मध्यवर्ती अधिशोषण शक्ति सबसे अच्छी क्यों होती है?
- यदि अभिकारक बहुत कमजोर रूप से बंधते हैं तो वे सक्रिय नहीं होते हैं; यदि वे बहुत मजबूती से बंधते हैं तो उत्पाद निकल नहीं पाते हैं और स्थल को अवरुद्ध कर देते हैं। सबसे सक्रिय उत्प्रेरक अभिकारकों को मध्यवर्ती शक्ति पर बांधते हैं, एक संतुलन जो बंधन ऊर्जा और गतिविधि के बीच ज्वालामुखी-आकार के संबंध द्वारा दर्शाया गया है।
- ज़ियोलाइट्स को उपयोगी उत्प्रेरक क्या बनाता है?
- ज़ियोलाइट्स नियमित आणविक-आकार के छिद्रों और अम्लीय स्थलों वाले क्रिस्टलीय एल्यूमिनोसिलिकेट होते हैं। उनके छिद्र आयाम केवल कुछ आकार और आकृति के अणुओं को प्रवेश और मुक्त करते हैं, जिससे आकार-चयनात्मक उत्प्रेरण होता है जो विशिष्ट उत्पादों का पक्षधर होता है, जो पेट्रोलियम शोधन और रासायनिक संश्लेषण में मूल्यवान है।