Katalyse in der anorganischen Chemie Präsentiert von Rabia Tolu und Anke Marquetand

Katalyse in der anorganischen

Chemie

Präsentiert von Rabia Tolu und Anke Marquetand

Katalyse in der anorganischen Chemie

1. Der Würfelzucker-Trick2. Definition 3. Wasserstoff und Platin4. Geschichtliches5. Homogen und heterogen6. Katalysatorengifte7. Zersetzung von Wassterstoffperoxid8. Industrielle Bedeutung


1. Der Würfelzucker-Trick

Der Zucker entzündet sich erst mit Hilfe von Zigarettenasche.

C6H12O6 + Energie 6 H2O + 6 C

Katalysatoren bringen Reaktionen in „Schwung“


2. Definition• Beschleunigung durch Zusatz eines Katalysators.

• Katalysatoren greifen in den Reaktionsmechanismus ein, ohne verbraucht zu werden.

• Die Lage des Gleichgewichts wird nicht verändert.

• Verändert den Mechanismus der Reaktion.

• Katalysierte Reaktionen besitzen kleinere Aktivierungsenergien.

• Reaktionsgeschwindigkeit wird erhöht.

• Der Katalysator tritt in der Bruttoreaktionsgleichung nicht auf.


2. Definition

Unkatalysierte Reaktion:A + B AB

Katalysierte Reaktion:A + Kat AKatAKat + B AB + KatA + B AB

Katalysator taucht in der Bruttoendgleichung nicht direkt auf.


2. DefinitionSchülerdefinition:

Wenn man Sprintern Ameisen in die Hose steckt, laufen sie schneller. Also sind die Ameisen der Katalysator.

+


3. Wasserstoff und Platin

2 H2 + O2 2 H2O

Entzündungstemperatur des Wasserstoffs normal: ~ 585 °Cmit Platin: < Raumtemperatur.


3. Wasserstoff und Platin

Döbereiner verwendete diese Reaktion in seiner „Zündmaschine“ 1823 (heute: Döbereiner Feuerzeug)

Sie konnte scheinbar wie von selbst Gas entzünden....


4. Geschichtliches

• Erste Erkenntnisse über Katalysatoren gab es bereits in der Antike.

• Erst vor etwa zwei Jahrhunderten begannen Forscher die Katalyse wissenschaftlich zu durchleuchten.

• Pioniere der Katalyseforschung waren Parmentier (1781) und Priestley (1783) .

• Eine revolutionäre Erfindung gelang schließlich Johann Wolfgang Döbereiner 1823 mit dem ersten „Feuerzeug“.


4. Geschichtliches

• erste Definition von „Katalyse“ Jöns Jakob Berzelius (1835)

• Definition des Katalysators nach Wilhelm Ostwald (1909)

"Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, ohne selbst dabei verbraucht zu werden und ohne die endgültige Lage des thermodynamischen Gleichgewichts dieser Reaktion zu verändern."


5. Homogen und heterogen

• Homogene Katalyse (5.1)Der Katalysator und die Reaktanden liegen in der gleichen Phasen vor. (Wie zum Beispiel bei der Oxidation von Tartrat-Ionen)

• Heterogene Katalyse (5.2)Der Katalysator und die Reaktanden liegen in verschiedenen Phasen vor.(Wie zum Beispiel beim Kontaktverfahren)


5.1 Homogene Katalyse

C6H6O6 + 5 H2O2 4 CO2 + 10 H2O

Die auftretende grüne Farbe rührt von einem dimeren Cobalt/Weinsäure/Wasserstoffperoxid-Komplex her.


5.1 Homogene Katalyse

Verdeutlichung der Reaktionsbeschleunigung bei diesem Versuch.


5.2 Heterogene Katalyse

Versuch: Kontaktverfahren | Schwefelsäureherstellung

1. Gewinnung von SchwefeldioxidS + O2 SO2

2. Katalytische Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid

2 SO2 + O2 2 SO3

3. Umsetzung des Schwefeltrioxids zur Schwefelsäure SO3 + H2O H2SO3


5.2 Heterogene Katalyse


6. Katalysatorengifte

• Substanzen, die die Wirksamkeit eines Katalysators unterbinden

Beispiel: Im Kontaktverfahren kann Arsen als Katalysatorgift wirken.

• Typische Katalysatorengifte:

H2S, As, Pb, Hg, Ba-, Zn-, P-Verbindungen.


7. Zersetzung von Wasserstoffperoxid

Katalysatoren eignen sich nicht nur zur Bildung von Stoffen, sondern werden auch zur einfacheren Zersetzung eingesetzt.

7.1 Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Braunstein

7.2 Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Platin


7.1 Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Braunstein

2 H2O2 2 H2O + O2


7.2 Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Platin

2 H2O2 2 H2O + O2


8. Industrielle Bedeutung

Vorteile für die Industrie:• hohe thermische Beständigkeit • Reaktionsprodukt muss nicht vom Katalysator

abgetrennt werden (feste Katalysatoren).• Rohstoff- und Energieeinsparend• Umweltschonend

Heute sind Katalysatoren kaum noch aus der Chemie-technik wegzudenken.Derzeit wird geschätzt, dass etwa 80% aller chemischen Erzeugnisse eine katalytische Stufe in ihrer Wertschöpfungskette durchlaufen.


8. Industrielle BedeutungWichtigste Anwendungsgebiete:

• Ammoniak-Synthese (Haber-Bosch Verfahren)• Schwefelsäureherstellung• Salpetersäureherstellung (Ostwaldverfahren)• Autoabgaskatalysatoren• Cracken von langkettigen Kohlenwasserstoffen

… und viele mehr.

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