Kinetik und Mechanismen der heterogenen Katalyse
Langmuir-Hinshelwood-Ansatz
Der Ansatz beruht auf folgendem Modell:
- Tab.1
Schritt | ||
---|---|---|
1 | Beide Reaktionspartner werden an freien Zentren adsorbiert | |
2 | Reaktion an der Oberfläche zwischen benachbarten Molekülen | |
3 | Desorption des Produktes |
Betrachtet wird der Fall, bei dem Schritt 2, die Oberflächenreaktion, den limitierenden Schritt darstellt. Die Geschwindigkeit, mit der sich das Produkt C bildet, ist also von der Anzahl der adsorbierten Eduktmoleküle A und B und somit vom Bedeckungsgrad des Katalysators abhängig:
Mit Hilfe der Langmuir-Isotherme ergibt sich folgende Beziehung:
- Tab.2
Symbol | Beschreibung | Einheit |
---|---|---|
Reaktionsgeschwindigkeit | ||
Partialdruck von A, B und C | ||
Geschwindigkeitskonstante | ||
relativer Bedeckungsgrad von A und B | ||
Adsorptionsgleichgewichtskonstante von A und B |
Zur Vereinfachung des Ausdruckes werden zwei Grenzfälle betrachtet:
- Edukte A und B werden beide nur schwach adsorbiert. Bei schwacher Adsorption gilt für die Adsorptionskonstanten: Der Nenner wird gleich eins und mit reduziert sich das Geschwindigkeitsgesetz zu: Die Reaktion ist bezüglich A und B jeweils 1. Ordnung und damit insgesamt 2. Ordnung.
- Edukt A adsorbiert schwach, B adsorbiert stark. Für die Adsorptionskonstanten gilt also: Mit vereinfacht sich der Geschwindigkeitsausdruck zu: Die Reaktion ist bezüglich A 1. Ordnung und gegenüber Molekül B -1. Ordnung. Eine Gesamtordnung der Reaktion ist nicht bestimmbar.