Kataliza i katalizatory - charakterystyka, Prezentacje z Chimica Organica

Pobierz Kataliza i katalizatory - charakterystyka i więcej Prezentacje w PDF z Chimica Organica tylko na Docsity!

Akademia Ciekawej Chemii 2017/

KATALIZA I KATALIZATORY

WYKŁAD V

dr hab. Anna Zawisza, prof. UŁ Katedra Chemii Organicznej i Stosowanej UŁ

Reakcje chemiczne

szybkie wolne

KOMPLEKS AKTYWNY

cząsteczki przed zderzeniem

kompleks aktywny

cząsteczki produktu

KOMPLEKS AKTYWNY jest nietrwałym połączeniem atomów, powstającym podczas przemiany cząsteczek substratów w produkty.

czas

energia substratów

energia produktów

kompleks aktywny

energia aktywacji

energia

wewnętrzna

czas reakcji

Katalizatorem nazywamy substancję, która przyspiesza reakcję chemiczną, a po jej zakończeniu pozostaje w niezmienionym stanie.

Katalizator może zwiększać selektywność reakcji, jeżeli

zwiększa szybkość tworzenia się produktu głównego,

a nie przyspiesza lub słabiej przyspiesza reakcje

uboczne.

Zjawisko przyspieszania reakcji chemicznej przez

katalizator nosi nazwę katalizy.

energia substratów

energia produktów

energia aktywacji z katalizatorem

Zmiany energii wewnętrznej podczas reakcji

• bez udziału katalizatora • z udziałem katalizatora

energia aktywacji bez katalizatora

energia wewnętrzna

czas reakcji

PRODUKTY KATALITYCZNYCH PRZEMIAN

ALKOHOLU ETYLOWWEGO

C 2 H 5 OH

H 2 C C H

C H

CH 2

butadien

(C 2 H 5 ) 2 O, H 2 O eter dietylowy

C 2 H 4 , H 2 O etylen

CH 3 COOH, H 2 , CO kwas octowy

CH 3 CHO, H 2 aldehyd octowy^ Cu, 500K

aktywnaCu

ZnO + Cr 2 O 3 670K

Al^2 O

3 , 620K Al 2 O 3 , 520K

MECHANIZM DZIAŁANIA KATALIZATORA

Reakcja chemiczna bez katalizatora:

A B

K

• → A B

Reakcja chemiczna z katalizatorem:

A (^) + →^ A K

A K^ + B^ → A B^ + K

produkt przejściowy

produkt końcowy + odtworzony katalizator

KATALIZA HOMOGENICZNA

DOŚWIADCZENIE I

KATALIZA HOMOGENICZNA W FAZIE GAZOWEJ

UTLENIANIE SO 2 DO SO 3 W KOMOROWEJ METODZIE PRODUKCJI H 2 SO 4

SO 2 + NO 2 SO 3 + NO

NO + 1/2 O 2 NO 2

SO 2 + 1/2 O 2 SO 3 reakcja sumaryczna

Wszystkie składniki reakcji – substraty (SO 2 , O 2 ), katalizator (NO 2 ) oraz produkt (SO 3 ) są substancjami gazowymi i tworzą układ jednofazowy.

3. Reakcja addycji wody do alkenu w obecności kwasu.

H

• HO^ NO 2 H 2 SO 4 stęż. temp. NO 2
• HO^ H

**4. Reakcja nitrowania związków aromatycznych.

5. Reakcja addycji alkoholi do wiązania podwójnego C=O.**

H 3 C O H (^) + H^3 C^ C H O H+^ H 3 CC H OH OCH 3

• H 3 C O H H
• (^) H 3 C C H OCH 3 OCH 3
• H OH hemiacetal acetal HNO 3 + 2H 2 SO 4 → NO 2 +^ + 2HSO 4 -^ + H 3 O+

6. Reakcja hydratacji ketonu lub aldehydu katalizowana kwasem.

R C

O

H O H

H

R C

OH

H 2 O

OH R C O H

H

H 2 O (^) OH

R C OH +^ H^3 O+

R C +

O OH

O R C OH

H O H OH R C OH OH

**7. Reakcja hydratacji ketonu lub aldehydu katalizowana zasadą.

8. Reakcja hydrolizy estrów w środowisku zasadowym.**

KATALIZA HETEROGENICZNA

Katalizator jest najczęściej ciałem stałym, reakcja zaś przebiega pomiędzy substancjami gazowymi.

Katalizator heterogeniczny składa się zazwyczaj z:

• składnika aktywnego, który faktycznie wpływa na przyspieszenie reakcji,
• nośnika katalizatora, czyli substancji, służącej do rozwinięcia powierzchni katalizatora, nie biorącej udziału w procesie przyspieszania reakcji,
• promotorów, czyli składników dodawanych w niewielkich ilościach polepszających strukturę geometryczną składnika aktywnego.

SYNTEZA AMONIAKU

Faza aktywna:

Ruten (Ru)

Nośniki:

• MgO
• Al 2 O 3
• CCA (tlenek glinu pokryty pirolitycznym węglem)
• węgiel aktywny

3H 2 + N 2 → 2NH 3

Promotory:

• tlenki metali alkalicznych
• tlenki lantanowców