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Katalyse

Heterogene Katalyse

Bei der heterogenen Katalyse befindet sich der Katalysator in einer anderen Phase als das Reaktionsgemisch; im Allgemeinen handelt es sich um feste Katalysatoren. Die Reaktion findet dann an der Oberfläche des Katalysators statt. Dabei bildet sich ein Katalysatorkomplex zwischen den reagierenden Stoffen und der Katalysatoroberfläche. Hierbei sind bestimmte Stellen der Oberfläche, die aktiven Zentren, bevorzugt. Unter aktiven Zentren versteht man Kristallecken, -kanten und -störungen wie etwa Versetzungen. Es liegt auf der Hand, dass bei der heterogenen Katalyse die zur Verfügung stehende Oberfläche für den Stoffumsatz eine wesentliche Rolle spielt. Im Gegensatz zur homogenen Katalyse, wo die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Konzentration an Katalysator mitbestimmt wird.

Technische Katalysatoren (oft einfach als Kontakt bezeichnet) sind häufig Mischkatalysatoren, die aus verschiedenen Stoffen zusammengesetzt sind. Zur Erzielung großer Oberfäche verwendet man hierbei Trägermaterialien; das sind locker strukturierte Substanzen wie Al2O3, Kieselgel, Erdalkalioxide, Aktivkohle, auf die der eigentliche Katalysator aufgebracht wird. Die spezifischen Oberflächen dieser hochporösen Massen betragen 100...1000 m2/g. Häufig verstärken mehrere Komponenten gegenseitig ihre katalytische Wirkung. Man spricht dann von Promotoren oder Aktivatoren.

Die heterogene Katalyse läßt sich in folgende Teilvorgänge aufgliedern

  • Diffusion der Reaktionsteilnehmer an die Katalysatoroberfläche
  • Diffusion der Reaktionsteilnehmer in die Poren
  • Adsorption
  • Oberflächenreaktion
  • Desorption der Reaktionsprodukte
  • Diffusion der Produkte aus den Poren
  • Diffusion der Produkte in die homogene Phase

Kontaktkatalysen sind besonders anfällig gegen Katalysatorgifte, die die Wirksamkeit des Katalysators herabsetzen. Hierbei handelt es sich - abhängig vom jeweiligen Katalysator - um Stoffe, die sich auf den aktiven Zentren irreversibel festsetzen, im Gegensatz zu den Stoffen des Reaktionsgemisches, die adsorbiert und auch wieder desorbiert werden.

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