Beschreibung der elementaren Reaktionskinetik Kinetik von Stoff und Wärmetransportvorgängen Zusammenwirken von Stofftransport und chemischer Reaktion

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1 atalyserte Reaktonen dsorton Enführung n atalyse - Säuren & Basen, Metalle, Redo - atalysatoren Beschrebung der eleentaren Reaktonsknetk netk von Stoff und Wäretransortvorgängen Zusaenwrken von Stofftransort und chescher Reakton dsorton Unter dsorton versteht an de nlagerung von toen, Molekülen (ungeladen und geladen) an ene feste berflächen unter der usbldung ener cheschen oder hyskalschen Bndung. De usbldung ener gerchteten Bndung zwschen ener Stelle dsorbens und de dsortv wrd als Chesorton bezechnet. Je gernger de oordnaton enes berflächenatos st, to stärker st de Wechselwrkung t de orberten Molekül.

2 Reaktvtät und Telchengröße Chesche ffntät und Sortonsstärke ΔH [kcal/ol] ΔH f (d) [kcal/ol]

3 Chesorton - Bndung von C C bldet ene gerchtete Bndung zwschen ener Stelle dsorbens (Metallato) und sene ohlenstoffato aus und st daher an Metalloberflächen chesorbert. Physsorton De Wechselwrkung zwschen Sorbens und Sorbat hängt Fall der Physsorton stark von der Passung Sorbats n das Sorbens ab. Es legt kene gerchtete Bndung vor. lene Moleküle orberen n klenen Poren stärker als n großen. Es gbt kene energetsche bergrenze der Physsorton 3

4 Potentalfunkton be der dsorton abstoßender Ter anzehender Ter De Potentalkurve ergbt sch aus der Sue der anzehenden und abstoßenden Tere Enfache und aktverte dsorton ktverungsenerge der dsorton

5 Quanttatve Beschrebung der Sorton Langur dsortonssothere De Isothere beschrebt de bhänggket der orberten Moleküle vo Druck n der Gashase Glechgewcht. ht nnahen ene rt von Sortonszentren nur onoolekulare Bedeckung r σ σ r r k σ k σ r k σ k σ r k ( σ σ) r k σ ( ) k a ( ) σ kσ k k ( + ) e ΔS R o e ΔH RT o 5

6 Langur dsortonssothere ( + ) Grenzfälle >> << Rezroke Darstellung der Langur Isothere + 6

7 Teeraturabhänggket der Isothere Θ Δ ln Δ T Θ const. ΔH R. e o ΔS R e ΔH RT o Mt stegender Teeratur wrd de Isothere flacher. dsorton ehrerer oonenten Wenn ehrere oonenten glechzetg orberen, nt an an, dass alle Moleküle den glechen Rau an der berfläche ennehen. r k Σ n σ r k σ n B + Σ n n n 7

8 +* * Dssozatve dsorton r [( ) ] r k [ σ ] k [ ] σ k für den Glechgewchtsfall ( ) k k ( ) auf beden Seten der Glechung Wurzel zehen ( ) + ( ) + ( ) ( ) + ( ) 8

9 Verglech von dsortonssotheren Q Langur Isothere dsortonswäre st unabhängg vo Bedeckungsgrad Q -ΔH +, Σ n n n Freundlch Isothere dsortonswäre nt nchtlnear t de Bedeckungsgrad ab. c c Tekn Isothere dsortonswäre nt lnear t de Bedeckungsgrad ab. c ln c olee Isotheren olecules/ste Sorton von n-pentan n HZSM Θ Θ Θ [bar] Legen ehrere rten von dsortonsstellen vor so kann de beobachtete Isothere als Sue enzelner dsortonssotheren beschreben werden. 9

10 S Struktur und Größe der Poren - M + l.7 n S H l Zeolte X Physsorton zur Bestung der Porenstruktur Bestung der zugänglchen berfläche durch ufnahe ener vollständgen dsortonssothere bs zu ondensatonsunkt. Sorton von N an l 3 bnehender Druck De For der Isothere hängt von der Porostät der Probe, der dsortonswäre und der Verdafungswäre von N ab.

11 ollsonsfrequenz t der berfläche 8kT v π v v coll vcoll 8RT πm kt v n kt v vn n π vn Mttlere Geschwndgket enes Moleküls Mttlere Geschwndgket enes Moleküls n ener Rchtung RT M n π Rate der Gasoleküle de de berfläche treffen. v α vcoll α vn ollsonsfrequenz n ener Rchtung BET uswertung der Sorton für de erste Lage Lage berfläche v v α n v kσ α v n kσ

12 für de zwete Lage Lage Layer berfläche α v für ene unendlche Lage α n kσ n v s k σ σ σ o + Es glt α α α L α α lle Schchten bs auf de erste verhalten sch glechartg. k k k 3 L k k v α n v α n kσ kσ s n n s 3

13 Verhältns zwschen und α v n o k σ α ns kσ v α k n α k n s C α α k k C C wrd n de Grundglechungen substtuert C σ σ C + Σ CΣ σ σ o + σ σ Σ C Σ + C Σ ( ) 3

14 σ C ( ) σ C + σ + σ C C ( ) C σ σ σ C ( )( + C ) σ σ σ V V V Man substtuert V C + ( o ) C V C V o Lnearserte For der BET Isothere ( NTP) for V corrsonds to,37 3 c N

15 BET Isothere und Realtät N Sorton an S und l 3 BET Isothere Brauchbarer Berech Tyen von Isotheren Sorton n Mkrooren Mehrschchten Sorton Schwache Wechselwrkungen Mehrschchten Sorton & allarkondensaton Schwache Wechselwrkungen Energetsch heterogene berfläche 5

16 Enfluss der allarkondensaton a e γv L RT(r-t) a e γvl RT(r-t) r Porenradus t Schchtdcke γ berflächensannung V L olares Voluen ln a ln d Für dentsche Poren snd der Punkt der dsorton und der Desorton durch de Glechung beschreben. dsorton und allarkondensaton 6