نانو کاتالیست چیست؟
خش اعظم انرژی تولید شده در جهان به هدر
می رود. لامپهای معمولی علاوه بر نور، گرما نیز تولید میکنندکه جز اتلاف
انرژی چیزی نیست. انجام و دوام برخی فرآیندها، بیش از اندازهی لازم انرژی
میگیرند. مثلاً برای تولید گازوییل، باید به نفت گرما داد تا واکنشهای
مربوطه اتفاق بیفتد. یافتن روشهایی برای صرفهجویی انرژی در این
فرآیندها، نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی دارد. استفاده از نانوفناوری در
تولید مواد شیمیایی، یکی از این روشها میباشد. استفاده از کاتالیزورها،
در گذشته نیز برای انجام واکنشهای شیمیایی رواج داشته است. با استفاده از
نانو فناوری میتوانیم کاتالیزورهای کارآمدتری تولید، و بیش از پیش در
مصرف انرژی صرفهجویی نماییم.
کاتالیزوها موادی هستند که چنانچه به یک مخلوط واکنش افزوده شوند، سرعت
واکنش را افزایش میدهند، بدون اینکه خود در واکنش شیمیایی شرکت نمایند.
کاتالیزورها در پایان واکنش دستنخورده باقی میمانند.
یک نمونه قدیمی از کاتالیزورها، پلاتین است که به طور مثال، از آن در
سیستم اگزوز ماشین استفاده میشود. پلاتین به واکنشهایِ تبدیل گاز سمی
مونوکسید کربن و اکسید نیتروژن به دو گاز سمی دیاکسید کربن و نیتروژن کمک
میکند. هر چند کاتالیزورهای قدیمی هنوز هم کارایی دارند، ولی با پیشرفت
علم نانو، کاتالیزورهای کارآمدتری در صنایع نفت و گاز ایجاد شده است.
هر چه سطح کاتالیزورها بزرگتر باشد، کارایی آنها نیز بیشتر است؛ چون در یک زمان با مولکولهای بیشتری واکنش میدهند. تا همین چند سال اخیر، دانشمندان به ابزارهای لازم برای تولید و استفاده از نانوذرات مجهز نبودند؛ اما امروزه پژوهشگران، کاتالیزورهای متشکل از نانوذرات را با شناخت بهتری از چگونگی عملکرد آنها طراحی میکنند.
2. کاربردهای نانوکاتالیستها
2-1- کاهش CO2 هوا
یکی از مشکلات جهان امروز، افزایش میزان دیاکسید کربن در هواست.
اگر بتوانیم روشی مؤثر و کارآمد در کاهش و پالایش گازهای خروجی دودکشها
بیابیم کمک بزرگی به رفع این مشکل کردهایم. در این زمینه، نانوفناوری
میتواند روشهای موثر و ارزانتری در مقایسه با روشهای فعلی ارائه نماید.
پوهشگران در پژوهشگاه ملی اوک ریج، نانوکریستالی طراحی کردهاند که
میتواند مورد استفاده قرار بگیرد. وقتی دیاکسید کربن روی نانوکریستال
تهیه شده از کادمیم، سلنیم و ایندیم مینشیند، نانوکریستال یک الکترون به
دیاکسید کربن می دهد، و این الکترون اضاقی سبب میشود، دیاکسید کربن با
دیگر مولکولهای موجود در دودکش واکنش دهد، و به گازی با خطر کمتر تبدیل
شود.
در واقع؛ این نانوکریستال یک کاتالیزور است. اگر هزینه تولید فیلترهای
حاوی این نانو کریستالها کمتر شود، میتوان آن ها را به صورت فراگیر به
کار برد.
2-2- جلوگیری از انتشار بخارات سمی جیوه
از دیگر چالشهایی که پژوهشگران امیدوارند بتوانند با نانوکریستالها از
پس آن برآیند، بخار جیوه است. نیروگاههای برق زغال سنگی، بخار جیوه منتشر
میکنند. یکی از روشهای جلوگیری از انتشار آن، استفاده از
نانوکریستالهای اکسید تیتانیوم در زیر تابش پرتو فرابنفش است، که باعث
تبدیل بخار جیوه به اکسید جیوه که مادهای جامد است خواهد شد.
موتورهای دیزلی که در بیشتر اتوبوسها و خودروهای سنگین به کار میروند
هم، اکسیدهای نیتروژن منتشر میکنند. شرکت بیوفرندلی، نانوکاتالیزوری
طراحی کرده است که وقتی به سوخت موتور دیزلی افزوده شود، باعث احتراق کامل
سوخت میشود. به این ترتیب اکسیدهای نیتروژن کمتری منتشر میشود.
2-3- کاربرد نانوکاتالیستها در تصفیه آب
از نانومواد کاتالیستی در صنایع تصفیه آب هم استفاده زیادی میشود.
دانشگاه رایس وجورجیاتک، در طرحی مشترک روش کارآمدی برای حذف تریکلرواتین
از آب ارائه کردهاند. این ماده خطرناک سبب بیماریهای قلبی، تهوع و
حساسیت چشمی میشود. این ماده میتواند بیشتر جهت چربیزدایی از تجهیزات
مورد استفاده در فرآیند شیمیایی تبدیل این ماده به اتان که مادهای بی ضرر
است کاربرد داشته باشد. برای کاهش هزینهها، نانوذرات طلا را با لایهای
از پالادیم میآلایند و از آن به عنوان کاتالیزور در نابودی تریکلرو
اتیلن استفاده مینمایند.
یکی دیگر از روشهای تصفیه آب که از روش پالادیم ارزانتر است، تزریق
نانوذرات آهن به درون آبهای آلوده است، پس از تزریق، نانوذرات آهن با
اکسیژن موجود در آب تبدیل به زنگ آهن شده و آلاینده ها در تماس با این زنگ
آهن خنثی میشوند. برای مثال، تتراکلرید کربن که مادهی سمی بسیاری از
شویندههاست، در تماس با این زنگ آهن تبدیل به کلروفرم که مادهای
بیضررتر است میشود.
بخش اول: انواع واکنشهاي شيميايي
ترکيب يک يا چند مادهی مختلف و به وجود
آمدن ماده يا مواد جديد، واکنش شيميايي نام دارد. بر اساس این تعريف، يک
ماده نيز ممکن است با خودش واکنش داده، و محصول جديدي را توليد نماید. به
اين واکنشها پليمری شدن (Polymerization) گويند که در ادامه توضيح داده
ميشود. واکنشها انواع مختلف دارند و به صورتهاي مختلف طبقهبندي
ميشوند.
در يک دستهبندي واکنشهاي شيميايي به صورت زير تقسيم ميشوند:
1- تركيبي
2- سوختن
3- تجزيه
4- جابهجايي يگانه
5- جابهجايي دوگانه
اين 5 دسته واکنش، دستههاي اصلي واکنشهاي شيميايي هستند، و بقيهی واکنشها به گونهاي زيرمجموعهی اين پنج دسته قرار ميگيرند.
1- واکنش ترکيبي:
واکنش ترکيبي، واكنشي است كه در آن چند ماده باهم تركيب ميشوند
و فرآورده يا فرآوردههاي تازهاي با ساختاري پيچيدهتر توليد ميكنند.
واکنش ترکيبي به صورت زير تعريف ميشود:
aA + bB + cC + ... → rR + sS + qQ
در اين گروه، واکنشهاي زيادي قرار ميگيرند؛ مانند:
الف) واکنش بين يک نافلز با اکسيژن
در اثر واکنش، اکسيد نافلزي توليد ميشود که اگر اين اکسيد با آب واکنش
دهد، توليد اسيد مينماید. در اثر حذف يک مولکول آب از اسيد توليد شده،
مادهی توليدي اصطلاحاً «انيدريد» ناميده ميشود.
اکسيد نافلزي → نافلز + اکسيژن
اسيد → اکسيد نافلزي + آب
S + O2 → SO2
SO2 + 2H2O → H2SO4
ب) واکنش بين يک فلز با اکسيژن
در اثر این واکنش اکسيد فلزي توليد ميشود که چنانچه با آب واکنش دهد، توليد باز(قليا) مينماید.
اکسيد فلزي → فلز+ اکسيژن
باز → اکسيد فلزي+آب
Na + O2 → Na2O
Na2O + H2O → 2NaOH
ج) واکنشهاي خنثي شدن
اين واکنش به چند دسته تقسيم ميشود:
1- واکنش بين يک اکسيد فلزي و يک اکسيد نافلزي: در اثر اين واکنش آب توليد نميشود. بلکه تنها نمک، محصول توليدي خواهد بود:
Na2O2 + SO2 → Na2SO3
2- واکنش بين آمونياک و يک هاليد هيدروژن:
NH3 + HCl → NH4Cl
3- واکنش بين اسيد و آمونياک:
NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
د) واکنشهاي پليمري
در واکنشهاي پليمري، همانطور که در بالا توضيح داده شد، در اثر ترکيب
شدن يک مولکول ساده با خودش، مولكولهايي به نام پليمر (بسپار) که بسيار
بزرگ هستند، تشکيل ميشوند.
در واکنش نشان داده شده در شکل بالا، تعداد بسيار زيادي اتيلن با يکديگر ترکيب شده و پلياتيلن توليد ميشود.
نکته: البته این واکنش در دماهای بسیار بالا، و در حضور کاتالیزور انجام میشود؛ که در مقاله بعدی توضیح داده خواهد شد.
ه) واکنشهاي فوتوسنتز
در اين واکنشها، از ترکيب گاز دياکسيدکربن و آب، با کمک نور خورشيد، قند و اکسيژن توليد ميشود:
6CO2 (g) + 6H2O (g) → C6H12O6 (aq) + 6O2 (g)
2- واكنش سوختن:
واكنشي است كه طي آن يك ماده به سرعت با اكسيژن تركيب، و طي آن
مقدار زيادي انرژي توليد ميشود که اين انرژي به صورت نور و گرما آزاد
خواهد شد. امروزه، هنوز هم از واكنش سوختن براي تأمين انرژي استفاده
ميشود؛ زيرا سوختهاي فسيلي اصليترين و ارزانترين منبع توليد انرژي هستند.
به جز سوختن هيدروكربنها، واكنش فلزهاي قليايي و قليايي خاكي ( به جزء
Be) و نيز بعضي تركيبهاي ديگر از نوع سوختن بوده و با آزاد كردن گرما و
نور شديد همراه هستند.
واکنشهاي سوختن به قرار زيرند:
نکته: اگر یک ماده به آهستگی با اکسیژن ترکیب شود، و گرما یا نور قابلملاحظهای تولید نکند؛ این وانش اکسایش نام دارد نه سوختن. مانند ترکیب شدن آهستهی آهن با اکسیژن هوا وتولید زنگ آهن (Fe2O3) که نمونهای از واکنش اکسایش میباشد.
3- واكنش تجزيه
واكنش تجزيه، واكنشي است كه طي آن يك مادهی پيچيده به مواد سادهتري تبديل ميشود.
واکنش تجزيه به سه صورت انجام ميشود:
1- آبکافت (هيدروليز)
به کمک آب يک ماده به چند مادهی سادهتر تبديل ميشود:
Na2SO4 → 2Na+ + SO4-2
2- برقکافت (الکتروليز)
برقكافت يك فرآيند تجزيهاي است كه طي آن، يك تركيب به کمک انرژي الکتريکي، به عناصر تشكيل دهندهاش تبديل (تجزيه) ميشود.
فلز + نافلز → نمک مذاب
2NaCl → 2Na + Cl2
3- با کمک گرما
در اثر حرارت دادن، ترکيبي به ترکيبات سادهتر تبديل ميشود:
2KNO3 → 2KNO2 + O2
4- واكنش جابهجايي يگانه :
دراين واكنش يك عنصر يا يون جايگزين عنصر يا يون ديگري در يك تركيب ميشود. اين واكنش به صورت زير ميباشد:
A + BC → AC + B
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Zn + 2AgNO3 → 2Ag + Zn (NO3)2
نکته: هر هالوژن که در جدول تناوبی، بالاتر از هالوژن دیگر قرار داشته باشد (به غیر از فلوئور)، میتواند جانشین هالوژن پایینتر شده و آن را خارج نماید. اما عکس این قضیه صادق نمیباشد. یعنی، هالوژن پایینتر، در مقابل هالوژن بالاتر بیاثر خواهد بود:
انجام ناپذیر → I2 + 2NaCl
علت شرکت نکردن فلوئور در این واکنشها این است که،واکنش فلوئور با آب بسیار شدید است، و از آنجا که این واکنشهای در محیط آبی انجام میشود، فلوئور پیش از خارج کردن هالوژن پایینتر از خود، با آب وارد واکنش میشود.
F2 + H2O → HF + 1/2 O2
5- واكنش جابهجايي دوگانه:
واكنشي است كه در آن، جاي دو اتم يا يون در دو ماده باهم عوض ميشود. اين واكنش به صورت زير نشان داده ميشود:
AB + CD → AD + CB
HCl + NaOH → NaCl + H2O
واکنش يک اسيد و يک باز. در اثر اين واکنش، نمک و آب توليد خواهد شد. که بر حسب قدرت اسيد و باز نمک توليدي يا اسيدي خواهد بود و يا بازي.
مطالب مشابه :
آشنایی با برخی از فلزات ، نافلزات و شبه فلزات و کاربرد هایشان
اين نافلز به صورت عنصر، در طبيعت وجود ندارد و تركيب هاي آن در آب دريا و در خشكي به مقدار
ماده
ز گهواره تا گور دانش بجوی - ماده - ماده چیست؟ هر چیزی که دارای جرم و حجم باشد به آن ماده
بخش سوم شیمی اول دبیرستان
19.مولکول گرم چیست و بر حسب چه واحدی اندازی گیری میشود؟ فلزها ، نافلز ها ، شبه فلز ها.
پیوند شیمیایی و انواع آن
پیوند یونی چیست اتم های فلز الکترون از دست می دهند و اتم های نافلز الکترون میگیرند .
نانو کاتالیست چیست؟
نانوشیمی و نانوتکنولوژی وکاربرد - نانو کاتالیست چیست؟ الف) واکنش بين يک نافلز با
سولات درس سوم
5-ویژگی های نافلز ها و فلز ها را بنویسید. 6-عنصر 10-علت ترکم پذیری گاز ها چیست
نمونه سوال فصل 3 علوم هفتم
13- چند ویژگی عنصر نافلز را بنویسید. 26- متان چیست و از چه عنصرهایی درست شده
سوالات فصل سوم علوم تجربی هفتم(متوسطه یک)
13- چند ویژگی عنصر نافلز را بنویسید. 26- متان چیست و از چه عنصرهایی درست شده است؟
سوالات علوم پایه هفتم فصل سوم
13- چند ویژگی عنصر نافلز را بنویسید. 26- متان چیست و از چه عنصرهایی درست شده
برچسب :
نافلز چیست