Startpagina / Samenvattingen / Theorie Heterogene katalyse / katalysatoren-oppervlak-deeltjes

HETEROGENE KATALYSE, DE REACTIES

30 belangrijke vragen over HETEROGENE KATALYSE, DE REACTIES

Hoe worden de heterogene katalyse reacties verdeeld in vier groepen? Geef een beknopte beschrijving van elke groep.

- Metaal gekatalyseerde reacties: katalysator bestaat uit metaal, vaak in de vorm van een kristalstructuur.
- Door oxiden gekatalyseerde oxidatie/reductie reacties: katalysator bestaat uit oxiden.
- Door oxiden gekatalyseerde zuur/base reacties: katalysator bestaat uit oxiden.
- Geheterogeniseerde homogene katalysatoren: homogene katalysatoren verbonden met een drager.

Waarom is het oppervlak van vaste stoffen, met name van metalen, belangrijk bij het begrijpen van heterogene katalysatoren?

- Oppervlak speelt een grote rol in heterogene katalyse.
- Metaal bestaat uit gestapelde atomen met een regelmatige kristalstructuur.
- Eigenschappen van het oppervlak beïnvloeden de werking van katalysatoren.

Waarom verdient de groep geheterogeniseerde homogene katalysatoren specifieke aandacht binnen de indeling van heterogene katalyse reacties?

- Immobilisatie van katalysatoren is belangrijk voor toepasbaarheid.
- Homogene katalysatoren zijn verbonden met een drager.
- Werking van katalysator verandert meestal niet wezenlijk.

Hoeveel buren heeft een deeltje in de bulk en aan het oppervlak van het metaal volgens figuur 2-1a?

- Een deeltje in de bulk van het metaal heeft 6 buren.
- Een deeltje aan het oppervlak van het metaal heeft 4 buren.
- Onbezette coördinatieplaatsen ontstaan aan de oppervlakte.

Wat laat figuur 2-1a zien over de textuur van een kristalrooster van metaal?

- De textuur van het kristalrooster is afhankelijk van de richting.

Wat duidt de term 'reactieve treden' in figuur 2-1b aan?

- Reactieve treden zijn plaatsen die coördinatief nog meer onverzadigd zijn.
- Deze ontstaan doordat lagen niet helemaal doorlopen.

Hoe kunnen we het metaaloppervlak begrijpen om de reactiviteit te begrijpen?

De metaalatomen in het oppervlak kunnen worden beschouwd als metaalcomplexen met vacante coördinatieplaatsen.

Waarom is een metaalcomplex met een vacante coördinatieplaats reactief?

- Kan reactanten binden
- Hoog aantal vacante plaatsen op het metaaloppervlak
- Veel gebonden deeltjes kunnen reageren (hoge katalytische activiteit)
- Deeltjes kunnen gebonden worden door meerdere oppervlakteatomen (ENSEMBLE)

Wat is fysisorptie en chemisorptie bij adsorptie op een metaaloppervlak?

- Fysisorptie: molecuul blijft in tact, geen reactie
- Chemisorptie: molecuul valt uiteen, fragmenten chemisch gebonden (DISSOCIATIEVE ADSORPTIE)
- Dissociatieve adsorptie essentieel in katalyse voor stabiliteit en lagere activeringsenergie

Waarom zijn coördinatief sterk onverzadigde plaatsen aan een step op een metaaloppervlak uitermate reactief?

- Grenzen aan steps zijn minder verzadigd dan glad oppervlak
- Willen lege plaatsen opvullen door het binden van reactanten

Waarom speelt dissociatieve adsorptie een belangrijke rol in de katalyse op een metaaloppervlak?

- Nieuwe bindingen compenseren verlies aan stabiele bindingen in molecuul
- Intermediair wordt stabieler, verlaagt activeringsenergie

Waarom moet een heterogene katalysator vaak geactiveerd worden? Wat houdt dit in?

- Verontreinigingen kunnen actieve plaatsen deactiveren
- Activeren kan inhouden:
- Verhitten in inerte atmosfeer om geadsorbeerde moleculen te verwijderen
- Reduceren van oxidelaag op oppervlak metaal

Wat is de dispersiegraad van een katalysator en hoe verandert deze naarmate het deeltje kleiner wordt?

- Dispersiegraad is fractie van atomen aan oppervlak
- Dispersiegraad groter bij kleinere deeltjes (groter oppervlak)

Hoe kan voorkomen worden dat kleine metaaldeeltjes weer samenklonteren tot grotere deeltjes?

- Kleine deeltjes vastzetten op dragermaterialen

Wat zijn belangrijke eigenschappen van het DRAGERMATERIAAL voor katalysatoren?

- Groot oppervlakte voor katalytisch actieve deeltjes
- Hoge porositeit voor verhoogd oppervlak
- Geschikte poriegrootte voor gemakkelijke toegang reactanten
- Korte verblijftijd om nevenreacties te voorkomen
- Inerte eigenschappen voor betere selectiviteit

Wie ontdekte de katalytische werking van nikkel bij de hydrogenering van alkenen?

Paul Sabatier ontdekte dit.

Welke metalen bleken ook in staat te zijn hydrogeneringsreacties te katalyseren naast nikkel?

Pd, Pt, Rh en Ir werden ook ontdekt.

Wat is de selectiviteit van de reactie tijdens de hydrogenering van alkenen?

Meestal vindt de reactie plaats met een grote selectiviteit voor de cis-additie.

Beschrijf de katalytische cyclus van de hydrogenering van een alkeen.

- Adsorptie van alkeen en waterstof
- Alkeen drukt tegen nikkeloppervlak
- Waterstof dissocieert in twee atomen
- Reactie tussen waterstof en alkeen
- Koolstofatoom dissocieert
- Verzadigd alkaan verlaat oppervlak

Wat is de functie van een driewegkatalysator in een auto?

- Verminderen van schadelijke stoffen in uitlaatgassen
- Ontgiften van koolmonoxide (CO), koolwaterstoffen (C x H y ) en stikstofoxiden (NO x )
- Oxidatie van CO en koolwaterstoffen
- Reductie van NO x naar N 2

Hoe wordt oxidatie en reductie in de huidige generatie katalysatoren gerealiseerd?

- Platina zorgt voor oxidatie
- Rhodium zorgt voor reductie
- CO adsorbeert op het oppervlak en reageert met zuurstof
- Koolwaterstoffen adsorberen in delen en reageren met zuurstof

Wat zijn de drie componenten die een driewegkatalysator onschadelijk maakt in uitlaatgassen?

- Koolmonoxide (CO)
- Koolwaterstoffen (C x H y )
- Stikstofoxiden (NO x )

Waarom speelt selectiviteit een belangrijke rol bij de reductie van NO x ?

- NO kan reacties aangaan met waterstof, resulterend in NH 3 , N 2 O of N 2
- Gewenste volgreactie is associatieve desorptie van N-atomen
- Zuurstof kan gebruikt worden voor reactie met geadsorbeerd koolmonoxide of waterstof

Hoe beïnvloeden de concentraties van geadsorbeerd N, NO en H de selectiviteit van de katalysatoren?

- Hoge N-concentraties bevorderen gewenste reactie
- Lage N-concentraties en hoge H-concentraties leiden tot ammoniakvorming
- Onvolledige NO dissociatie kan leiden tot meer N 2 O bij lage temperatuur

Hoe beïnvloedt de grootte van katalysatordeeltjes de activiteit van platina en rhodium?

- Kleine deeltjes verbeteren activiteit maar klonteren samen onder reactiecondities
- Hittebestendig systeem gebaseerd op honingraatconstructie voorkomt dit
- Kleine deeltjes kunnen met uitlaatgassen meegevoerd worden

Wat zijn de gevolgen van het gebruik van loodhoudende benzine voor katalysatoren?

- Lood uit benzine hecht zich aan katalytisch actieve plaatsen
- Dit vergiftigt de katalysator en vermindert de effectiviteit

Welke metalen zijn geschikt voor de reductie van NO x en voor oxidatiereacties?

- Rhodium is geschikt voor reductie van NO naar N 2
- Platina is geschikter voor oxidatiereacties

Op welke manier wordt de katalytisch actieve katalysator vastgezet in het hittebestendige systeem?

- Metaaldeeltjes (platina en rhodium) zitten vastgezet op het gemengde oxide
- De metaaldeeltjes groeien onder normale omstandigheden aan tot 100 ångström

Waarom kan de levensduur van de katalysator bekort worden bij hoge uitlaattemperaturen?

- Kleine katalysatordeeltjes groeien sneller aan bij hoge temperaturen
- De activiteit neemt af door grotere deeltjes

Wat is de samenstelling van het poreuze materiaal in de honingraatconstructie van het hittebestendige systeem?

- Poreus materiaal bestaat meestal uit γ -Al 2 O 3 in combinatie met CeO 2
- Totale oppervlak van het materiaal is ongeveer 15000 m 2

De vragen op deze pagina komen uit de samenvatting van het volgende studiemateriaal:

Theorie Heterogene katalyse

Bekijk samenvatting

Een unieke studie- en oefentool
Nooit meer iets twee keer studeren
Haal de cijfers waar je op hoopt
100% zeker alles onthouden

Onthoud sneller, leer beter. Wetenschappelijk bewezen.

Studiemateriaal generieke omslagafbeelding