Katalizatory i

adsorbenty

Katalizatory i

adsorbenty

Uzupełnienie (przypomnienie) wiedzy

Kataliza

to zjawisko polegające na zwiększeniu

szybkości reakcji chemicznej lub też skierowaniu jej
do wybranego produktu w obecności niewielkich
ilości substancji zwanej

katalizatorem

.

Kataliza, katalizator





Produkty

E

n

e

rg

ia

Reakcja

Substraty



Kataliza, katalizator





Produkty

E

n

e

rg

ia

Reakcja

Substraty



2 SO

2

+ O

2

= 2 SO

3

bez katalizatora – ΔE = 251 kJ/mol

z katalizatorem - ΔE

k

=

63 kJ/mol

Kataliza, katalizator





Produkty

E

n

e

rg

ia

Reakcja

Substraty



2 SO

2

+ O

2

= 2 SO

3

bez katalizatora – ΔE = 251 kJ/mol

z katalizatorem - ΔE

k

=

63 kJ/mol

R

k

/R = 5.13* 10

12

(!!!)

Kataliza, katalizator





Produkty

E

n

e

rg

ia

Reakcja

Substraty



2 SO

2

+ O

2

= 2 SO

3

bez katalizatora – ΔE = 251 kJ/mol

z katalizatorem - ΔE

k

=

63 kJ/mol

R

k

/R = 5.13* 10

12

(!!!)

N

2

NO

2

NH

3

+ O

2

N

2

O

NO

+ H

2

O

N

2

NO

2

NH

3

+ O

2

N

2

O

NO

+ H

2

O

Kataliza, katalizator





Produkty

E

n

e

rg

ia

Reakcja

Substraty



2 SO

2

+ O

2

= 2 SO

3

bez katalizatora – ΔE = 251 kJ/mol

z katalizatorem - ΔE

k

=

63 kJ/mol

R

k

/R = 5.13* 10

12

(!!!)

Katalizator: Pt-Rh

Aktywność katalizatora:

a

kat

= r

kat

– r

Miarą aktywności jest zwykle konwersja (stopień

przereagowania):

- konwersja ułamkowa (0÷1):

- konwersja procentowa (0-100%):

Selektywność:

%

100

c

c

S

n

1

i

i

j

j









0

0

c

c

c 





%

100

c

c

c

0

0









Kataliza homogeniczna

• Katalizator i reagenty znajdują się w tej samej fazie

:

- gaz-gaz,
- ciecz-ciecz,
- ciało stałe-ciało stałe.

Przykład:

2SO

2

+ O

2

 2SO

3

katalizator:

NO

(gaz-gaz)

• Problem: musimy rozdzielić po reakcji katalizator i produkty

(nieprzereagowane substraty) – to jest dodatkowy koszt.

Kataliza heterogeniczna

• Katalizator

i

reagenty

znajdują się w odrębnych fazach:

-

gaz

-

ciecz

,

-

gaz

-

ciało stałe

,

-

ciecz

-

gaz

,

-

ciecz

-

ciało stałe

,

-

ciało stałe

-

gaz,

(kataliza kontaktowa)

-

ciało stałe

-

ciecz,

Przykład:

4NH

3

+ 5O

2

 4NO + 6H

2

O

katalizator:

Pt-Rh

(kataliza

kontaktowa)

•

Zaleta nie ma problemu z oddzieleniem katalizatora i produktów reakcji

(nieprzereagowanych substratów).

Katalizatory nośnikowe

Faza aktywna:

Metale; tlenki, siarczki metali

Nośnik:

SiO

2

(np. mezoporowata krzemionka)

Al

2

O

3

(-, -)

TiO

2

ZrO

2

MgO
ZnO
Zeolity
etc.

Katalizatory nośnikowe

-faza aktywna

izolowane jony lub atomy

warstwa (monowarstwa)

klastery metalu, tlenku metalu

dwie fazy w kontakcie

Formy katalizatorów kontaktowtch

•

Granulki

•

Kształtki

•

Monolity

Adsorpcja

• Adsorpcja

—

to proces wiązania się cząsteczek,

atomów lub jonów na powierzchni lub granicy faz

fizycznych, powodujący lokalne zmiany stężenia

.

• Adsorpcji

nie należy mylić z

absorpcją

, która jest

procesem wnikania do wnętrza fazy.

• Proces przeciwny do adsorpcji to

desorpcja

.

Adsorpcja i absorpcja

Adsorpcja i desorpcja

Adsorpcja

Desorpcja

Adsorbent - Adsorbat

Adsorbent

Adsorbat

Adsorpcja fizyczna – Adsorpcja chemiczna

Adsorpcja chemiczna –

wiązanie chemiczne pomiędzy

adsorbentem a adsorbatem

Adsorpcja fizyczna –

adsorbat wiążę się z adsorbatem

za pomocą sił Van der Wallsa

Adsorpcja fizyczna

Adsorpcja chemiczna (chemisorpcja):

- Zwykle stosunkowo duże ciepło sorpcji;
- Duża „siła wiążąca” cząsteczek zaadsorbowanych bo tworzy się wiązanie chemiczne
- Sorpcja zlokalizowana (jednowarstwowa);

Adsorpcja fizyczna

Adsorpcja fizyczna (fizysorpcja):

- Małe ciepło sorpcji;
- Mała „siła wiążąca” cząsteczek zaadsorbowanych bo nie tworzy się
wiązanie chemiczne (tylko siły Van der Wallsa)
- Sorpcja zdelokalizowana (wielowarstwowa);

Oddzaływania Van der Wallsa:

- Oddziaływania Dipol-Dipol;

- Oddziaływania Dipol-Dipol

indukowany;

- Oddziaływania Dyspersyjne.

Adsorbenty

Wymiana jonowa - zeolity

Na

+

Na

+

Ag

+

Ag

+

Ag

+

Ag

+

Ag

+

Ag

+

Zeolit A

forma sodowa

Zeolit A

Po sorpcji