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

Katalyse in der anorganischen Chemie Der Würfelzucker-Trick Definition Wasserstoff und Platin Geschichtliches Homogen und heterogen Katalysatorengifte Zersetzung von Wassterstoffperoxid Industrielle Bedeutung

Katalyse in der anorganischen Chemie 1. Der Würfelzucker-Trick Der Zucker entzündet sich erst mit Hilfe von Zigarettenasche. C6H12O6 + Energie  6 H2O + 6 C Katalysatoren bringen Reaktionen in „Schwung“

Katalyse in der anorganischen Chemie 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.

Katalyse in der anorganischen Chemie 2. Definition Unkatalysierte Reaktion: A + B  AB Katalysierte Reaktion: A + Kat  AKat AKat + B  AB + Kat Katalysator taucht in der Bruttoendgleichung nicht direkt auf.

Katalyse in der anorganischen Chemie 2. Definition Schülerdefinition: Wenn man Sprintern Ameisen in die Hose steckt, laufen sie schneller. Also sind die Ameisen der Katalysator. +

Katalyse in der anorganischen Chemie 3. Wasserstoff und Platin Entzündungstemperatur des Wasserstoffs normal: ~ 585 °C mit Platin: < Raumtemperatur. 2 H2 + O2  2 H2O

Katalyse in der anorganischen Chemie 3. Wasserstoff und Platin Döbereiner verwendete diese Reaktion in seiner „Zündmaschine“ 1823 (heute: Döbereiner Feuerzeug) Sie konnte scheinbar wie von selbst Gas entzünden....

Katalyse in der anorganischen Chemie 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“.

Katalyse in der anorganischen Chemie 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."

Katalyse in der anorganischen Chemie 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)

Katalyse in der anorganischen Chemie 5.1 Homogene Katalyse C6H6O6 + 5 H2O2  4 CO2 + 10 H2O Die auftretende grüne Farbe rührt von einem dimeren Cobalt/Weinsäure/Wasserstoffperoxid-Komplex her.

Katalyse in der anorganischen Chemie 5.1 Homogene Katalyse Verdeutlichung der Reaktionsbeschleunigung bei diesem Versuch.

Katalyse in der anorganischen Chemie 5.2 Heterogene Katalyse Versuch: Kontaktverfahren | Schwefelsäureherstellung 1. Gewinnung von Schwefeldioxid S + O2  SO2 2. Katalytische Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid 2 SO2 + O2  2 SO3 3. Umsetzung des Schwefeltrioxids zur Schwefelsäure SO3 + H2O  H2SO3

Katalyse in der anorganischen Chemie 5.2 Heterogene Katalyse

Katalyse in der anorganischen Chemie 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.

Katalyse in der anorganischen Chemie 7 Katalyse in der anorganischen Chemie 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

Katalyse in der anorganischen Chemie 7 Katalyse in der anorganischen Chemie 7.1 Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Braunstein 2 H2O2  2 H2O + O2

Katalyse in der anorganischen Chemie 7 Katalyse in der anorganischen Chemie 7.2 Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Platin 2 H2O2  2 H2O + O2

Katalyse in der anorganischen Chemie 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.

Katalyse in der anorganischen Chemie 8. Industrielle Bedeutung Wichtigste Anwendungsgebiete: Ammoniak-Synthese (Haber-Bosch Verfahren) Schwefelsäureherstellung Salpetersäureherstellung (Ostwaldverfahren) Autoabgaskatalysatoren Cracken von langkettigen Kohlenwasserstoffen … und viele mehr.

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