I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í

Prezentace na téma: "I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í"— Transkript prezentace:

1 I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í
Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie CZ.1.07/2.2.00/ I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í
Chemická katalýza I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

3 Historie chemické katalýzy
první katalyzovanou anorganickou reakci popsal v roce 1552 Valerius Cordus, který pomocí kyseliny sírové provedl konverzi alkoholu na ether poprvé se slovo katalýza objevilo v knize Alchymie Andrea Libavia z roku 1597 ve spojení s přeměnou obyčejných kovů na stříbro a zlato Elizabeth Fulhame (1780 – 1849) studium procesů spojených s hořením oxidace oxidu uhelnatého probíhá v přítomnosti malého množství vody, které se v průběhu reakce nemění Gottlieb S. Kirchhoff (1764 – 1833) kyselá hydrolýza škrobu Humphry Davy (1778 – 1829) hoření plynů v přítomnosti platiny za teplot nižších než obvyklých

4 Mechanismus kyselé hydrolýzy škrobu

5 Johann Wolfgang Döbereiner (1780 – 1849)
hoření vodíku s kyslíkem v přítomnosti platiny probíhá již při pokojové teplotě konstrukce vodíkové (Döbereinerovy) lampy a – skleněná nádoba s kyselinou b – láhev s otevřeným dnem c – závěs d – zinek e – uzavírací kohout f – tryska g – platinová houba reakci lze ovlivnit jinými kovy, přičemž průběh reakce je na použitém kovu závislý vliv platiny na hoření vodíku může být omezen její deaktivací (např. účinkem SO2)

6 Kontaktní způsob výroby kyseliny sírové
první patentovaný chemický proces – 1831, Peregrine Phillips Jöns Jacob Berzelius (1779 – 1848) zavádí katalýzu jako jev i pojem katalyzátory označil za látky, které pouhou svou přítomností vyvolávají chemické reakce, jež by se jinak neuskutečnily Fridrich Wilhelm Ostwald (1853 – 1932) katalyzátor ovlivňuje reakční rychlost, nemá však žádnou spojitost s polohou chemické rovnováhy katalyzátor je látka, která mění rychlost chemické reakce, aniž se sama stává součástí konečných produktů katalyzátor urychluje reakci přímou i zpětnou

7 Mechanismus chemické reakce
cesta, kterou je proces chemické přeměny realizován na atomární úrovni počet reakčních kroků může být různý – jednokrokové x vícekrokové reakce mechanismus je reprezentován reakční koordinátou – geometrická veličina vystihující charakter a míru změn ve vzájemném uspořádání atomů v reagujícím systému reakční koordináta může být vyjádřena například měnící se délkou chemické vazby, velikostí vazebného úhlu, v případně složitějších molekul a reakcí potom různými kombinacemi těchto parametrů

8 Mechanismus katalyzované chemické reakce
katalyzátor neovlivňuje rovnováhu chemické reakce katalyzátor do reakce vstupuje, účastní se reakčních přeměn, a po jejich ukončení zase z reakce vystupuje nezměněn mechanismus katalyzované reakce je spojen s překonáváním nižší energetické bariéry homogenní katalýza – reakce se uskutečňuje v jedné fázi (např. roztok) heterogenní katalýza – reakce se uskutečňuje na fázovém rozhraní (kontaktní katalýza, např. plyn/pevný katalyzátor) enzymatická katalýza

9 S + O2  SO2 nebo 4 FeS2 + 11 O2  8 SO2 + 2 Fe2O3
Průmyslová katalýza Výroba kyseliny sírové původně tepleným rozkladem síranů (kyzových břidlic) přelom 19. a 20. století, Rudolf Knietsch (BASF) – optimalizace kontaktního způsobu výroby SO3 katalyzovaného původně platinou, později oxidem vanadičným S + O2  SO2 nebo 4 FeS O2  8 SO Fe2O3

10 Výroba amoniaku 1903 – Fritz Haber, Walther Nernst – klíčový vliv teploty a tlaku 1905 – Fritz Haber – aplikace katalyzátorů na bázi železa (1918 Nobelova cena)

11 Výroba uhlovodíků – Fisher-Tropschova syntéza
výchozími látkami jsou oxid uhelnatý a vodík syntéza probíhá při teplotách 200 – 350 °C v přítomnosti katalyzátorů na bázi železa nebo kobaltu Krakování ropy Fluidní reaktor rozklad uhlovodíků s delšími řetězci na uhlovodíky kratší reakce je katalyzovaná katalyzátory na bázi zeolitů, reakční teplota cca 500 °C heterogenní katalýza ve fluidní vrstvě produktem je směs uhlovodíků, které je nutno dále separovat frakční destilací v některých případech, například u ropy bohaté na síru, musí být vstupní surovina čištěna (rafinována)

12 Syntéza polymerů – Ziegler-Nattovy katalyzátory
nízkotlaká a nízkoteplotní polymerace ethylenu a propylenu (1963 Nobelova cena) katalýza v homogenním i heterogenním uspořádání homogenní katalyzátory – metalocenové komplexy na bázi Ti, Zr nebo Hf heterogenní katalyzátory – sloučeniny na bázi Ti mechanismus reakce

13

14 Metateze neasycených uhlovodíků
štěpení nenasycených uhlovodíků v místě násobné vazby a následná kombinace vzniklých fragmentů Yves Chauvin, Robert H. Grubbs a Richard R. Schrock (2005 Nobelova cena) homogenní i heterogenní katalyzátory na bázi W, Mo, Ru nebo Rh mechanismus reakce

15 I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í
Konec Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

16 Použitá literatura Fischer O. a kol.: Fyzikální chemie. SPN, Praha 1983. Panchartek J., Štěrba V., Večeřa M.: Reakční mechanismy v organické chemii. SNTL, Praha 1981. Lindström B., Pettersson L. J., CATTECH 7, 2003, 130. Hamburg Museum