Heterogene Katalyse - Adsorptionsprozesse Notizen

Modul 1: Einführung in die Adsorption

Die Adsorption ist ein grundlegender Prozess in der heterogenen Katalyse, bei dem Moleküle mit einer Katalysatoroberfläche in Kontakt kommen und Zwischenkomplexe bilden. Damit die Adsorption erfolgen kann, muss die Enthalpie der Adsorption negativ sein. Dies bedeutet, dass Moleküle auf die Oberfläche angezogen werden, auch wenn dies mit einem Verlust der Mobilität (Entropie) einhergeht.

• Physisorption: Schwache van-der-Waals-Kräfte; die Wechselwirkungsenergie liegt typischerweise unter 40 kJ/mol.
• Chemisorption: Bildung von chemischen Bindungen zwischen dem Adsorbaten und der Oberfläche; gekennzeichnet durch stärkere Wechselwirkungen.

Diese Prozesse sind entscheidend für das Verständnis der Katalyse, da sie die Reaktionskinetik beeinflussen.

Modul 2: Wechselwirkungskräfte und Kinetik

Die Wechselwirkungen, die zur Adsorption auf Oberflächen führen, können in verschiedene Kategorien eingeteilt werden:

• Ion-Ion-Wechselwirkungen: Energie ca. 400 kJ/mol.
• Ion-Dipol-Wechselwirkungen: Energie ca. 40 kJ/mol.
• Dipol-Dipol-Wechselwirkungen: Energie zwischen 4–20 kJ/mol.
• Induzierte Dipol-Wechselwirkungen: Energie unter 4 kJ/mol.

Diese Wechselwirkungen sind von wesentlicher Bedeutung für die Anziehung zwischen Molekülen und Katalysatoroberflächen und spielen eine entscheidende Rolle bei der Adsorption.

Modul 3: Adsorptionskinetik und Isothermen

In der empirischen Forschung zu Adsorptionsisothermen spielen verschiedene Modelle eine Rolle. Die häufigsten Modelle sind das Langmuir-Modell und das BET-Modell. Diese Modelle helfen, die Beziehung zwischen der Menge an adsorbierter Substanz und der Konzentration im Gas oder der Lösung zu verstehen.

Modul 4: Anwendungen der heterogenen Katalyse

Die heterogene Katalyse findet breite Anwendung in der Industrie, insbesondere in der Pharma- und Petrochemie. Die Effizienz dieser Prozesse hängt stark von den Adsorptionsbedingungen ab und ist entscheidend für die Optimierung von Reaktionsprozessen.