Всё о науке за 60 минут

Блок каталитического нейтрализатора керамический и химически инертный, с большой площадью поверхности. Через него могут проходить выхлопные газы. Он не представляет собой монолита в строгом смысле этого слова, так как имеет тысячи крошечных сквозных каналов, обычно квадратных в поперечном сечении. Платина, палладий и родий появляются в конструкции, когда этот блок погружают в раствор, содержащий соли этих драгоценных металлов. Металлы покрывают внутреннюю поверхность каналов блока и, когда высыхают, оставляют после себя микроскопически бугристую поверхность. Смысл всех этих усилий состоит в том, чтобы создать максимально бóльшую площадь поверхности, покрытую платиной, палладием и родием. А ключом к объяснению является тот факт, что нерасходуемое твердое вещество способно помогать реакции в выхлопных газах, или, как говорят, катализировать ее.

Выхлопные газы бензиновых двигателей содержат большое количество токсичных соединений. Самое известное из них – монооксид углерода (угарный газ), сильный яд и парниковый газ, но есть также и частицы несгоревшего топлива, которые действуют как основные видимые глазом загрязнители воздуха. И все же наиболее неприятны, пожалуй, оксиды азота, вызывающие кислотные дожди и разрушающие озоновый слой атмосферы Земли. Современные каталитические нейтрализаторы прекрасно справляются со всеми тремя видами загрязнений. Платина и палладий помогают кислороду вступать в реакцию с угарным газом и остатками несгоревшего топлива с образованием безвредного углекислого газа и водяного пара. А родий и платина катализируют распад оксидов азота, чтобы на выходе получились азот и кислород. Для протекания этих реакций выхлопные газы должны находиться в физическом контакте с драгоценными металлами, поэтому нам и нужен керамический монолит со столь тонкими воздушными каналами. Если бы у нас был блок платины, бóльшая часть газа просто обтекала бы его, не касаясь и не вступая в реакции.

С современными каталитическими нейтрализаторами есть ряд проблем. Для того чтобы пошла реакция дожигания с монооксидом углерода и несгоревшим топливом, нужен кислород. Но обычно в машинах все утраивают так, чтобы в выхлопных газах его было очень мало. В современных автомобилях уровень кислорода до и после того, как выхлоп поступает в каталитический нейтрализатор, тщательно отслеживается и автоматика регулирует подачу воздуха в топливную смесь, впрыскиваемую в двигатель. Другая проблема заключается в том, что все эти химические реакции происходят только при высоких температурах, обычно значительно выше 400 °C. Нейтрализатору требуется около пяти минут, чтобы достичь этой температуры, и выбросы в ходе коротких поездок не успевают превращаться в менее вредные компоненты, поскольку каталитический нейтрализатор не работает, пока не прогреется.

Каталитические нейтрализаторы также подвержены «отравлению» продуктами сгорания топлива и постоянному разрушению из-за утечки в системе охлаждения масла и попадания свинца в топливо, поэтому они начали появляться только после того, как в большинстве стран мира стало применяться неэтилированное топливо. Однако самая серьезная проблема заключается в том, что каталитические нейтрализаторы, как бы их ни берегли, со временем изнашиваются. Как вы помните, драгоценные металлы не расходуются, выполняя свою работу, так что причина не в этом. Езда вызывает вибрации и удары, вследствие которых катализирующее покрытие на керамике нейтрализатора частично разрушается. Таким образом, покрытие из драгметаллов просто стряхивается с вашего старого нейтрализатора, и драгоценная платина вылетает из выхлопной трубы на дорогу. Так что в результате вам все же придется раскошелиться на новый.

Это означает, что современная дорожная пыль буквально смешана с платиной, палладием и родием. Если вы соберете мусор с городских дорог и отсортируете из него пластиковые обертки, жестяные банки и органический материал, у вас останется темно-коричневый остаток. И бóльшую его часть составят частички износа множества автомобилей. Каждый, кто водит машину, знает, как часто приходится менять шины. А куда же идут старые? Измельченная резина попадает на дороги вместе с металлическими частицами из каталитических нейтрализаторов.

А знаете ли вы, что на лучших платиновых рудниках в мире рады, если идет руда с содержанием всего в несколько миллионных долей драгоценного металла? Это дорогостоящая, грязная, вредная для окружающей среды деятельность человека, но она стоит того, поскольку добываемая платина очень и очень ценна. Так вот, коричневый осадок на дорогах имеет такой же уровень содержания платины, как и эта лучшая добываемая руда. Однако процесс получения платины, палладия и родия из дорожной пыли начал разрабатываться совсем недавно. Сегодня этим занимаются ученые из Бирмингемского университета в Англии.

Почему лед скользкий?