12. Heterogene Katalyse

Themen

Besonderheiten der heterogenen Katalyse

Struktur von und Prozesse an festen Oberflächen

Mechanismen der heterogenen Katalyse

Prominente Beispiele heterogener Katalyse

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• Oberflächenprozesse, insbesondere Ad- und Desorption,
  spielen eine entscheidende Rolle bei der heterogenen Katalyse.
• Kinetische Untersuchungen oberflächenkatalysierter Reaktionen
  genügen nicht zur Aufklärung der Reaktionsmechanismen.
• Die konkrete Oberflächenbeschaffenheit ist entscheidend
  für die stattfindenden Prozesse und damit die Katalyse.
• Zwei wichtige Mechanismen der heterogenen Katalyse sind
  Langmuir-Hinshelwood- und Eley-Rideal-Mechanismus.
• Einige der (nicht nur) wirtschaftlich bedeutsamsten Reaktionen
  werden großtechnisch heterogen katalysiert durchgeführt.

Die nachfolgenden Fragen sollten sich mit den in der Vorlesung vermittelten Inhalten beantworten lassen und dienen der eigenständigen Nacharbeit bzw. Beschäftigung mit der Thematik.

• Warum spielen Defekte von Oberflächen eine so entscheidende Rolle für die Reaktivität?
• Diskutieren Sie Vor- und Nachteile homogener und heterogener Katalyse aus technischer Sicht.
• Die enzymatische Katalyse wird mitunter auch als “mikroheterogene Katalyse” bezeichnet. Welcher mathematische Zusammenhang lässt sich als Begründung anführen?
• Die Adsorptionsrate ist im einfachsten Fall das Produkt aus Stoßzahl und Haftkoeffizient. Mit welcher Theorie lässt sich die Stoßzahl annähern? Welche mathematische Struktur hat der Haftkoeffizient und warum?

Eine kommentierte und handverlesene Liste mit weiterführender Literatur zum Thema. Die Auswahl ist zwangsläufig subjektiv.

Die Hauptinhalte der Vorlesung zum Nachlesen in den allgemeinen Lehrbüchern zur Physikalischen Chemie: Wedler [Wedler, 2012Wedler, Gerd; Freund, Hans-Joachim (2012): Lehrbuch der Physikalischen Chemie, Wiley-VCH, Weinheim], Kapitel 6.7.1/3; Atkins vierte Auflage [Atkins, 2006Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2006): Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim] Kapitel 25.3; Atkins fünfte Auflage [Atkins, 2013Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2013): Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim] Kapitel 23.2.

• Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2006): Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim
• Atkins, Peter W.; de Paula, Julio (2013): Physikalische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim
• Wedler, Gerd; Freund, Hans-Joachim (2012): Lehrbuch der Physikalischen Chemie, Wiley-VCH, Weinheim

Die Rastertunnelmikroskopie (engl. scanning tunneling microscopy, STM) ist eine bildgebende Methode zur Untersuchung von Oberflächen auf atomarer Ebene. Publikumswirksam hat IBM dargestellt, was man damit alles anstellen kann:

• A Boy And His Atom: The World's Smallest Movie (Youtube)
• Moving Atoms: Making The World's Smallest Movie (Youtube)

• A Boy And His Atom: The World's Smallest Movie (IBM Research)