كيفية عمل المحفِّزات

2011 الطاقة و التفاعلات

گريس گوپر

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الكيمياء

تتكوّن بعض المحفِّزات من غازات أو سوائل يتم مزجها بصورة منتظمة أو متجانسة مع المتفاعلات، المكوّنة أيضاً من غازات أو سوائل، وهذه المحفِّزات التي يُطلق عليها اسم المحفِّزات المتجانسة تساعد الجزيئات الوسيطة المسماة بالمعقد النشط (انظر الصفحة 53) على إنتاج

طاقة أقل انخفاضاً من الجزيئات الوسيطة في التفاعل غير المعزز. وبسبب هذه الطاقة المنخفضة، تتكوّن المعقدات الوسيطة بسرعة أكبر، مما يؤدي بدوره إلى الحصول على النواتج النهائية بسرعة أيضاً.أمّا المحفِّزات الأخرى فهي من النوع

غير المتجانس، وذلك يعني أن المحفِّز يكون على شكل فيزيائي واحد – عادة في حالة صلبة – بينما تتمثل المتفاعلات بشكل آخر (كالغازات أو السوائل). تستخدم المعادن الثمينة، مثل البلاتين والروديوم، كمواد محفِّزة غير متجانسة داخل تجهيزات يُطلق عليها اسم «المحوِّلات الحفازة». وتستخدم هذه التجهيزات في السيارات

للمساعدة على احتراق الوقود احتراقاً كاملاً وتفكيك الغازات السامة في دخان عادم السيارة. إن أكسيد النتريك (NO)، مثلاً، هو أحد الغازات التي يمكن أن تسبب التلوث لدى انبعاثها من عادم السيارة، وعندما تلتقي جزيئات أكسيد

النتريك بالفلز في المحول الحفاز، فإنها «تمتزّ» به، أي أنها تصبح ملتصقة بسطحه. ثم تتفكك جزيئات أكسيد النتريك على السطح الفلزي وتتحول إلى ذرّات منفصلة من النتروجين والأكسجين. ويمكن أن يحدث ذلك في عدد صغير من الأماكن تسمى «المواقع الفعالة» على سطح المحوّل الحفّاز. ونظراً لقرب ذرّات النتروجين والأكسجين من بعضها، فإنها تتحد

لتكوّن جزيئات نتروجين (N2) وأكسجين (O2):

وهناك عملية أخرى تحدث داخل المحولات الحفازة يتم فيها اتحاد الأكسجين وأول أكسيد الكربون السام (CO) لإنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO2) الآمن:

كما يساعد المحوّل الحفّاز أيضاً على احتراق أية بقايا وقود موجودة في العادم بصورة كاملة. على سبيل المثال، يمكن أن يحترق الأوكتين (C8H18) ليشكل ثاني أكسيد الكربون والماء:

لاحظ أن هذه العملية تتطلب تفاعل جزئين من الأوكتين مع ما لا يقل عن (25 جزيء أكسجين)، ويمر التفاعل على سطح المحول الحفاز بسلسلة طويلة من الخطوات.

وفي كل خطوة تتلامس جزيئات الأكسجين جزئياً مع جزيئات الوقود المحترقة المتكونة في الخطوة السابقة، مما يسمح بحدوث مزيد من الاحتراق، وهذا يعني أن الوقود قد احترق بصورة كاملة، وبالتالي تقل نسبة التلوث.