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Lernmaterialien für Reaktionstechnik und Katalyse an der TU München

Greife auf kostenlose Karteikarten, Zusammenfassungen, Übungsaufgaben und Altklausuren für deinen Reaktionstechnik und Katalyse Kurs an der TU München zu.

TESTE DEIN WISSEN

Chemisorption

eigenschaften + infos

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TESTE DEIN WISSEN

- Jede heterogen katalysierte Reaktion wird durch die Chemisorption eines oder mehrerer Reaktionspartner eingeleitet, welche dadurch in einen reaktionsfähigeren Zustand übergehen (Zustand verändert sich!)

- CO bildet eine gerichtete Bindung zwischen einer Stelle des Adsorbens (und seinem Kohlenstoffatom aus und ist daher an Metalloberflächen chemisorbiert
→ Ausbildung einer gerichteten Bindung zwischen einer Stelle des Adsorbens und dem Adsorptiv


Eigenschaften
- Das Adsorbat wird durch stärkere chemische Bindungen an das Adsorbens gebunden (als bei Physiosorption)
- Durch Chemisorption werden die Reaktandenmoleküle in einen reaktiven Zustand überführt
- Die Adsorptionsenergie der Chemisorption ist sehr viel größer als die der Physisorption (typische Werte 1000 kJ/ mol)
- Die starke Bindung der Adsorbatmoleküle an das Adsorbens kann dazu führen, dass deren intermolekulare Bindungen ganz oder teilweise gelöst werden (zwischen C-O)

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TESTE DEIN WISSEN

Funktion des Katalysators

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TESTE DEIN WISSEN

- Katalysatoren verringern die Aktivierungsenergie einer Reaktion (im Gegensatz zur Oberflächenreaktionen / stöchiometrischen Reaktionen)

- Eröffnen neue Reaktionswege

- Katalysatoren konzentrieren die Reaktanden an der Oberfläche

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Katalysatische Reaktion

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TESTE DEIN WISSEN

Die Reaktionsgeschwindigkeit einer gewünschten Reaktion kann bei konstanter Temperatur und konstanter Konzentration durch Zusatz eines Katalysators erhöht werden, ohne dass dieser Zusatzstoff die Brutto Umsatz-Gleichung der Reaktion verändert

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TESTE DEIN WISSEN

Homogene und Heterogene Katalysatoren - Def + Unterschiede

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TESTE DEIN WISSEN

Homogene Katalyse
- Wenn der Katalysator und die Reaktanden in derselben Phase vorliegen


Heterogene Katalyse (90-95% aller Kat) (werden zuerst analysisert und in Betracht gezogen?)
- Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen vorhanden
- In der Reaktion Adsorption mindestens einer Spezies

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TESTE DEIN WISSEN

Vergleich von 3 Adsorptionsthermen

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TESTE DEIN WISSEN

Langmuir Isotherme
Adsorptionswäre unabhängig vom Bedeckungsgrad
Temkin Isotherme
berücksichtigt schon die Adorptionswärme /, dass Adsorptionsplätze nicht gleich sind bei beliebiger Bedeckung → mit steigender Adsorptionsenthalpie nimmt Bedeckung linear ab
Freundliche Isotherme
bei stärkerer Beladung der Sorptionsoberfläche des Sorbenten wird weniger Sorbat
aufgenommen → exp. Wachstum → keine vollständige Beladung der Oberfläche


→ für versch. Situationen versch. Katalysatoren anwenden

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Reaktion 1. Ordnung

- Eigenschaften

- Halbwärstzeit

- Graph

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TESTE DEIN WISSEN

A -> P (irreversibel, unimolekulare Reaktion)

- lineare Abhängigkeit zw Reaktionsgeschwindigkeit & Konzentration
- Halbwärtszeit: Konstante + unabhängig von Anfangskonzentration

- Reaktionsgeschwindigkeit nimmt über die Zeit ab (weniger Moleküle vorhanden, länger dauert es, bis sie umgesetzt werden)  --> Geschwindigkeit proportional zur Konzentration

- exponentieller Abfall der Konzentration mit der Zeit

- Graph: log Konzentration - Zeit (linear, Steigung -k)

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TESTE DEIN WISSEN

Makrokinetik

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TESTE DEIN WISSEN

der zeitliche Ablauf einer Reaktion mit Einfluss der Stoff- und Wärmetransportvorgängen



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TESTE DEIN WISSEN

Eigenschaften zusammengesetzter Reaktionen

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TESTE DEIN WISSEN

A+B --> C+D

- reversible Reaktionen

- Hin- und Rückreaktionen laufen ab

- thermodynamisch gesteuerte Reaktionen (Kontrolle!!)

- Gleichgewichtsreaktionen → können Rate beeinflussen

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TESTE DEIN WISSEN

Methoden zur Bestimmung der Reaktionsordnung (3)

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TESTE DEIN WISSEN

Integralmethode

Differentialmethode

Methode der Anfangsgeschwindigkeiten

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TESTE DEIN WISSEN

Zusammengesetzte Reaktionen - parallele Reaktionen

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TESTE DEIN WISSEN

Bei Parallelreaktionen gehen entweder ein bzw. mehrere Ausgangsstoffe auf verschiedene Wegen in verschiedene
Produkte über (Verzweigungsreaktion), oder es entsteht ein gemeinsames Produkt aus verschiedene Edukten


- einfacher Fall: ein Edukt --> zwei Produkte (ein Haupt- und ein Nebenprodukt)
- (Reaktionsordnung = 1, weil nur Eduktseite relevant)

- wichtig: Verhältnis der Konzentrationen der Produkte ist also konstant, d.h. unabhängig von der Reaktionszeit und der Ausgangskonzentration des Eduktes

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TESTE DEIN WISSEN

Reaktion 0. Ordnung

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TESTE DEIN WISSEN

- Reaktionsgeschwindigkeit von Konzentration der Reaktanden unabhängig

- A -> P (irreversibel, unimolekular, Änderung der Konzentration hat keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit) - konstante negative Steigung

- oft bei photochemischen und katalytischen Reaktionen

- Graph: Gerade Konzentration - Zeit

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TESTE DEIN WISSEN

Herstellung von Katalysatoren - 4 Möglichkeiten 

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Durch ...

1. Fällung und Cofällung (nicht nur eine Art von katalytisch aktiven Komponenten eingebaut, sondern mehrere → können dann mehrstufige Prozesse selektiv in der richtigen
Reihenfolge unterstützen)
2. Imprägnierung: Nasschemisches Imprägnierungsverfahren; trockene Imprägnierung
3. Adsorption
4. Ionenaustausch: Austausch im wässrigem Medium; Festkörperionenaustausch
→ Katalysatoren halten ca 12 Jahre

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Beispielhafte Karteikarten für deinen Reaktionstechnik und Katalyse Kurs an der TU München - von Kommilitonen auf StudySmarter erstellt!

Q:

Chemisorption

eigenschaften + infos

A:

- Jede heterogen katalysierte Reaktion wird durch die Chemisorption eines oder mehrerer Reaktionspartner eingeleitet, welche dadurch in einen reaktionsfähigeren Zustand übergehen (Zustand verändert sich!)

- CO bildet eine gerichtete Bindung zwischen einer Stelle des Adsorbens (und seinem Kohlenstoffatom aus und ist daher an Metalloberflächen chemisorbiert
→ Ausbildung einer gerichteten Bindung zwischen einer Stelle des Adsorbens und dem Adsorptiv


Eigenschaften
- Das Adsorbat wird durch stärkere chemische Bindungen an das Adsorbens gebunden (als bei Physiosorption)
- Durch Chemisorption werden die Reaktandenmoleküle in einen reaktiven Zustand überführt
- Die Adsorptionsenergie der Chemisorption ist sehr viel größer als die der Physisorption (typische Werte 1000 kJ/ mol)
- Die starke Bindung der Adsorbatmoleküle an das Adsorbens kann dazu führen, dass deren intermolekulare Bindungen ganz oder teilweise gelöst werden (zwischen C-O)

Q:

Funktion des Katalysators

A:

- Katalysatoren verringern die Aktivierungsenergie einer Reaktion (im Gegensatz zur Oberflächenreaktionen / stöchiometrischen Reaktionen)

- Eröffnen neue Reaktionswege

- Katalysatoren konzentrieren die Reaktanden an der Oberfläche

Q:

Katalysatische Reaktion

A:

Die Reaktionsgeschwindigkeit einer gewünschten Reaktion kann bei konstanter Temperatur und konstanter Konzentration durch Zusatz eines Katalysators erhöht werden, ohne dass dieser Zusatzstoff die Brutto Umsatz-Gleichung der Reaktion verändert

Q:

Homogene und Heterogene Katalysatoren - Def + Unterschiede

A:

Homogene Katalyse
- Wenn der Katalysator und die Reaktanden in derselben Phase vorliegen


Heterogene Katalyse (90-95% aller Kat) (werden zuerst analysisert und in Betracht gezogen?)
- Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen vorhanden
- In der Reaktion Adsorption mindestens einer Spezies

Q:

Vergleich von 3 Adsorptionsthermen

A:

Langmuir Isotherme
Adsorptionswäre unabhängig vom Bedeckungsgrad
Temkin Isotherme
berücksichtigt schon die Adorptionswärme /, dass Adsorptionsplätze nicht gleich sind bei beliebiger Bedeckung → mit steigender Adsorptionsenthalpie nimmt Bedeckung linear ab
Freundliche Isotherme
bei stärkerer Beladung der Sorptionsoberfläche des Sorbenten wird weniger Sorbat
aufgenommen → exp. Wachstum → keine vollständige Beladung der Oberfläche


→ für versch. Situationen versch. Katalysatoren anwenden

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Q:

Reaktion 1. Ordnung

- Eigenschaften

- Halbwärstzeit

- Graph

A:

A -> P (irreversibel, unimolekulare Reaktion)

- lineare Abhängigkeit zw Reaktionsgeschwindigkeit & Konzentration
- Halbwärtszeit: Konstante + unabhängig von Anfangskonzentration

- Reaktionsgeschwindigkeit nimmt über die Zeit ab (weniger Moleküle vorhanden, länger dauert es, bis sie umgesetzt werden)  --> Geschwindigkeit proportional zur Konzentration

- exponentieller Abfall der Konzentration mit der Zeit

- Graph: log Konzentration - Zeit (linear, Steigung -k)

Q:

Makrokinetik

A:

der zeitliche Ablauf einer Reaktion mit Einfluss der Stoff- und Wärmetransportvorgängen



Q:

Eigenschaften zusammengesetzter Reaktionen

A:

A+B --> C+D

- reversible Reaktionen

- Hin- und Rückreaktionen laufen ab

- thermodynamisch gesteuerte Reaktionen (Kontrolle!!)

- Gleichgewichtsreaktionen → können Rate beeinflussen

Q:

Methoden zur Bestimmung der Reaktionsordnung (3)

A:

Integralmethode

Differentialmethode

Methode der Anfangsgeschwindigkeiten

Q:

Zusammengesetzte Reaktionen - parallele Reaktionen

A:

Bei Parallelreaktionen gehen entweder ein bzw. mehrere Ausgangsstoffe auf verschiedene Wegen in verschiedene
Produkte über (Verzweigungsreaktion), oder es entsteht ein gemeinsames Produkt aus verschiedene Edukten


- einfacher Fall: ein Edukt --> zwei Produkte (ein Haupt- und ein Nebenprodukt)
- (Reaktionsordnung = 1, weil nur Eduktseite relevant)

- wichtig: Verhältnis der Konzentrationen der Produkte ist also konstant, d.h. unabhängig von der Reaktionszeit und der Ausgangskonzentration des Eduktes

Q:

Reaktion 0. Ordnung

A:

- Reaktionsgeschwindigkeit von Konzentration der Reaktanden unabhängig

- A -> P (irreversibel, unimolekular, Änderung der Konzentration hat keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit) - konstante negative Steigung

- oft bei photochemischen und katalytischen Reaktionen

- Graph: Gerade Konzentration - Zeit

Q:

Herstellung von Katalysatoren - 4 Möglichkeiten 

A:

Durch ...

1. Fällung und Cofällung (nicht nur eine Art von katalytisch aktiven Komponenten eingebaut, sondern mehrere → können dann mehrstufige Prozesse selektiv in der richtigen
Reihenfolge unterstützen)
2. Imprägnierung: Nasschemisches Imprägnierungsverfahren; trockene Imprägnierung
3. Adsorption
4. Ionenaustausch: Austausch im wässrigem Medium; Festkörperionenaustausch
→ Katalysatoren halten ca 12 Jahre

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