Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

Hasonló dokumentumok
Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia

Kémiai reakciók sebessége

Energia. Energiamegmaradás törvénye: Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Az energia nem keletkezik, nem is szűnik meg, csak átalakul.

Heterogén katalízis Alapelvek

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

A katalízis fogalma és jellemzői

Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék Pátzay György, Weiser László, Tonkó Csilla BME KKFT Dr. Pátzay György

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Katalízis. A homogén és heterogén katalízis jellemzıinek összehasonlítása

Az égés és a füstgáztisztítás kémiája

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Kinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Ipari katalízis A tárgy a szerves vegyiparban használatos katalitikus (homogén és heterogén) eljárások elméleti és gyakorlati vonatkozásait tárgyalja.

Reakciókinetika. aktiválási energia. felszabaduló energia. kiindulási állapot. energia nyereség. végállapot

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Altalános Kémia BMEVESAA101 tavasz 2008

Kémiai reakciók. Kémiai reakció feltételei: Aktivált komplexum:

Osztályozó vizsgatételek. Kémia - 9. évfolyam - I. félév

1. változat. 4. Jelöld meg azt az oxidot, melynek megfelelője a vas(iii)-hidroxid! A FeO; Б Fe 2 O 3 ; В OF 2 ; Г Fe 3 O 4.

A tételek: Elméleti témakörök. Általános kémia

Termokémia. Hess, Germain Henri ( ) A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

CO 2 aktiválás - a hidrogén tárolásban

KÉMIA A KÉMIÁT SZERETŐK SZÁMÁRA

Badari Andrea Cecília

c A Kiindulási anyag koncentrációja c A0 idő t 1/2 A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

Sillabusz orvosi kémia szemináriumokhoz 1. Kémiai kötések

A kémiai kötés magasabb szinten

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Az enzimműködés termodinamikai és szerkezeti alapjai

1. feladat Maximális pontszám: feladat Maximális pontszám: feladat Maximális pontszám: feladat Maximális pontszám: 9

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

FOLYAMATOK SZILÁRD FELÜLETEKEN

18_heterogen_kinetika.pptx FOLYAMATOK SZILÁRD FELÜLETEKEN HETEROGÉN REAKCIÓK ÁTTEKINTÉS: FELÜLETI JELENSÉGEK ALKALMAZÁSI PÉLDÁK

A metabolizmus energetikája

Fizikai kémia 2 Reakciókinetika házi feladatok 2016 ősz

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek. N m J 2

Szakértesítő 1 Interkerám szakmai füzetek A folyósító szerek viselkedése a kerámia anyagokban

Energiaminimum- elve

MÉRNÖKI ANYAGISMERET AJ002_1 Közlekedésmérnöki BSc szak Csizmazia Ferencné dr. főiskolai docens B 403. Dr. Dogossy Gábor Egyetemi adjunktus B 408

Általános kémia vizsgakérdések

4. változat. 2. Jelöld meg azt a részecskét, amely megőrzi az anyag összes kémiai tulajdonságait! A molekula; Б atom; В gyök; Г ion.

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

A kovalens kötés elmélete. Kovalens kötésű molekulák geometriája. Molekula geometria. Vegyértékelektronpár taszítási elmélet (VSEPR)

Szent-Györgyi Albert kémiavetélkedő Kód

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

Kémiai egyensúlyok [CH 3 COOC 2 H 5 ].[H 2 O] [CH3 COOH].[C 2 H 5 OH] K = k1/ k2 = K: egyensúlyi állandó. Tömeghatás törvénye

Szabadentalpia nyomásfüggése

A periódusos rendszer, periodikus tulajdonságok

A kémiai kötés magasabb szinten

A kémiatanári zárószigorlat tételsora

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Slide 1 /39

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. Általános és szervetlen kémia 9. hét. Elızı héten elsajátítottuk, hogy

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban

1. feladat Összesen: 26 pont. 2. feladat Összesen: 20 pont

Kémiai reakciók 2 H 2 + O 2 = 2 H 2 O. Molekuláris szinten molekulamodellekkel:

1. feladat Összesen: 10 pont. 2. feladat Összesen: 14 pont

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Víz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges

Kész polimerek reakciói. Makromolekulák átalakítása. Makromolekulák átalakítása. Természetes és mesterséges makromolekulák átalakítása cellulóz, PVAc

Kolloidkémia 5. előadás Határfelületi jelenségek II. Folyadék-folyadék, szilárd-folyadék határfelületek. Szőri Milán: Kolloidkémia

A kovalens kötés polaritása

SZERVES KÉMIAI REAKCIÓEGYENLETEK

Tartalmi követelmények kémia tantárgyból az érettségin K Ö Z É P S Z I N T

Fémorganikus kémia 1

Ni 2+ Reakciósebesség mol. A mérés sorszáma

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

Folyadékok és szilárd anyagok

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Slide 1 /39

A sz. OTKA pályázat (In situ és operando vizsgálatok az NO x szelektív katalitikus átalakításában) zárójelentése.

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

AZ ANYAGI HALMAZOK ÉS A MÁSODLAGOS KÖTÉSEK. Rausch Péter kémia-környezettan

Diffúzió 2003 március 28

Természetes vizek, keverékek mindig tartalmaznak oldott anyagokat! Írd le milyen természetes vizeket ismersz!

Textíliák felületmódosítása és funkcionalizálása nem-egyensúlyi plazmákkal

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

6. változat. 3. Jelöld meg a nem molekuláris szerkezetű anyagot! A SO 2 ; Б C 6 H 12 O 6 ; В NaBr; Г CO 2.

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Fémek, ötvözetek

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Dia 1 /39

Laboratóriumi technikus laboratóriumi technikus Drog és toxikológiai

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek E A J 2. N m

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

a. 35-ös tömegszámú izotópjában 18 neutron található. b. A 3. elektronhéján két vegyértékelektront tartalmaz. c. 2 mól atomjának tömege 32 g.

Kémiai alapismeretek 6. hét

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Savak bázisok. Csonka Gábor Általános Kémia: 7. Savak és bázisok Dia 1 /43

NEHÉZFÉMEK ELTÁVOLÍTÁSA IPARI SZENNYVIZEKBŐL Modell kísérletek Cr(VI) alkalmazásával növényi hulladékokból nyert aktív szénen

KARBONSAV-SZÁRMAZÉKOK

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Reakció kinetika és katalízis

Spontaneitás, entrópia

Átírás:

Katalízis Tungler Antal Emeritus professzor 2017

Fontosabb időpontok: sósav oxidáció, Deacon process 1860 kéndioxid oxidáció 1875 ammónia oxidáció 1902 ammónia szintézis 1905-1912 metanol szintézis 1923 krakkolás, reformálás 1930-1950 Ziegler-Natta etilén polimerizálás 1940- homogén fémkomplex katalízis ipari alkalmazása, Wacker szintézis, ecetsav elõállítás 1950- gépkocsi kipuffogó katalizátorok 1970- zeolitok alkalmazása 1960- katalitikus eljárások elterjedése a finomkémiai szintézisekben 1980- sztereoszelektív katalitikus reakciók 1985- nanotechnológia alkalmazása 2000

Katalizátor definíciója Katalizátor olyan anyag, amely megnöveli valamely kémiai rendszer egyensúlyi helyzetéhez vezetõ sebességét anélkül, hogy a folyamatban elhasználódna. Katalizált és nem katalizált (termikus reakció) energiaprofilja Endoterm és exoterm reakciók energiaprofilja Dr. Pátzay György 3

Aktiválási energia Aktiválási energia : A reakció gát leküzdéséhez szükséges energia E a vagy G Az aktiválási energia (E a ) meghatározza a reakció sebességét, minél magasabb a reakció gát, annál lassabb a reakció sebessége. Minél alacsonyabb az aktiválási energia, annál gyorsabb a reakció. Dr. Pátzay György 4

Katalizált és nem katalizált reakciók Arrhenius diagramja és energiaprofilja R E b ln(a), a ) ln( ) ln( a T b a y T R E A k e A k a R T E a Dr. Pátzay György 5

Katalitikus rendszerek osztályozása Homogén Heterogén Enzimes Dr. Pátzay György 6

Fizikai adszorpció és kemiszorpció jellemzői A felületen lévő atomok koordinációs száma kisebb a tömbi fázisban lévőkénél, ezért a felületi atomokra befelé irányuló eredő erő hat. Ennek következtében felületi szabadenergia jön létre, ami a nagyfelületű anyagokon végbemenő adszorpció hajtóereje. Amennyiben a felület atomjai és az adszorbeált molekula atomjai között kémiai kötések jönnek létre, kemiszorpcióról beszélünk. Ha az adszorbeált réteg és a szilárd felület között van der Waals féle (gyenge elektrosztatikus vagy diszperziós) erők hatnak, akkor fizikai adszorpcióról beszélünk. A fizikai adszorpció kevéssé függ a szilárd anyag kémiai tulajdonságaitól. Ezen alapul a felületmérés módszere, ahol a fizikai adszorpció jelenségét használják ki. Jellemzõk Kemiszorpció Fizikai adszorpció Adszorpciós entalpia -H adsz 40-800 kj/mol 8-20 kj/mol Aktiválási energia E # általában kicsi nulla Elõfordulás hõmérséklete E # -tõl függ, de általában kicsi, max. hõm.? C o forrásponttól függ, de általában alacsony Adszorbeált rétegek száma legfeljebb egy lehet egynél több is Az adszorpció hajtóereje Dr. Pátzay György 7

Fémfelületek A legtöbb katalitikusan aktív fém laponcentrált köbös kristályszerkezetű, néhány, mint a vas tércentrált köbös. Az atomok elrendeződése különböző Miller indexű kristálylapokon (a távolság reciproka) 100 111 110 x=1,y=0, z=0 x=1,y=1,z=0 x=1,y=1,z=1 Dr. Pátzay György 8

Hibahelyek fajtái Dr. Pátzay György 9

Molekulák adszorbeált állapotai Disszociatív adszorpció (pl. hidrogén) H 2 + 2M 2 MH CH 3 CH 3 + 4 M CH 2 CH 2 M M + H M H M Asszociatív adszorpció Kemiszorpciós kötés létrejöhet a molekula elektronjai révén. CH 2 CH 2 2 + M CH 2 CH 2 M M O C M lineáris forma O C M M hídforma Dr. Pátzay György 10

Katalitikus aktivitás Aktivitás Vulkángörbe E* Különböző katalizátorokon mért aktiválási energia (aktivitás) a szubsztrátum (adszorbátum) és a katalizátor felület között létrejött kötések összenergiája függvényében. E* min optimális E XK E XK Gyenge kölcsönhatás: aktiválódás kismértékű ΣE XK Erős kölcsönhatás: az adszorbeált állapot túl stabil Molekula felület kölcsönhatás Dr. Pátzay György 11

Számított ammónia szintézis sebességek 400 C, 50 bar, H 2 :N 2 =3:1, 5% NH 3 10 1 10 0 Fe Ru Os Iparban használt katalizátorok TOF(s -1 ) 10-1 10-2 Co 10-3 10-4 Mo Ni 10-5 -0.8-0.40.00.40.8 [E-E(Ru)](eV/N 2 ) Jacobsen etal., J. Catal. 205, (2002) 382-387 Dr. Pátzay György 12

Fe egykristály felületek katalitikus aktivitása Mintha 111, 210, 100,211,110 síkon vágnánk el az egykristályt. C 7 azt jelenti, hogy a felületen 7-es koordinációjú vasatomok vannak, azaz 12-7=5 szabad koordinációs, kötési lehetőség van a felületen. C 7 koordinációjú Fe atomok Dr. Pátzay György 13

Al 2 O 3 hordozó hatása a vas krisztallitokra Az 110 koordinációjú felületi vasatomok átalakíthatók 111 koordinációjúvá a felületre Al 2 O 3 felvitelével és kezeléssel az 111 koordinációjú vas kidiffundál a felületre és redukció után hatékony felület alakul ki. Analóg folyamatok játszódnak le az ipari katalizátorok készítésekor is a felületeken. Dr. Pátzay György 14

Kálium hatása a katalizátorra Az erősen lúgos karakterű K 2 O hozzáadásával csökken a szintén bázikus ammónia adszorpciója, ezáltal a termék kevésbé gátolja a reaktánsok, a hidrogén és a nitrogén adszorpcióját. A promótor csökkenti a termékgátlást a reakcióban. Az ipari ammóniaszintézis katalizátora Aktív komponens: Fe (Ru, Os) Katalizátor hordozó: Al 2 O 3 Promótor: K 2 O Kifejlesztő: BASF (Mittasch) Dr. Pátzay György 15

Összefoglalás -A katalizátor csökkenti a reakció aktiválási energiáját, ezzel növeli az egyensúlyi állapot felé vivő reakció sebességét. -A katalizátor úgy csökkenti az aktiválási energiát, hogy más elemi lépéseken keresztül megy a katalizált reakció. -A heterogén katalízis bevezető lépése az adszorpció, ennek is a kémiai változata, a kemiszorpció. -A katalizátorfelületek különböző kristálytani helyeket tartalmaznak, ezek aktivitása eltérő. -A katalízisben érvényesül a vulkángörbe elv, miszerint a legaktívabb katalizátorokon optimális az adszorpció erőssége. -Az ammónia szintézis katalizátorának mind a 3 fő komponense szerepet játszik a katalizátor jó működésében: optimális vas kristályfelület, a hordozó Al 2 O 3 szerepe a vas redukció optimális végbemenetelében, a K 2 O lúgos hatása a termékgátlás csökkentésében.