mở đầu xúc tác hữu cơ

Xúc tác: là quá trình trong đó tốc độ hoặc kết quả của phản ứng bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của chất xúc tác. Chất xúc tác: là chất được thêm vào phản ứng để tăng tốc độ phản ứng mà không bị tiêu hao trong suốt quá trình. Vai trò: Có tính chọn lọc Không gây nên chuyển dịch cân bằng, chỉ làm cho phản ứng nhanh đạt trạng thái cân bằng Làm giảm năng lượng trạng thái chuyển tiếp; do đó làm giảm năng lượng hoạt hóa. Thay đổi cơ chế phản ứng; làm thay đổi bản chất (năng lượng) của trạng thái chuyển tiếp.  Nâng cao hiệu suất của phản ứng.

Chuyên đề:

Xúc tác

Trình bày: Lê Ngọc Hoan Giảng viên: Chu Ngọc Châu

Nội dung chính:

1. Định nghĩa, Phân loại

2. Một số phương pháp chính chuẩn bị xúc tác

3. Chất mang và các đặc tính của chúng

4. Nhiệt động học và xúc tác

1 Định nghĩa, phân loại

Xúc tác: là quá trình trong đó tốc độ hoặc

kết quả của phản ứng bị ảnh hưởng bởi sự

có mặt của chất xúc tác

Chất xúc tác: là chất được thêm vào phản

ứng để tăng tốc độ phản ứng mà không bị

tiêu hao trong suốt quá trình.

Vai trò:

Có tính chọn lọc

Không gây nên chuyển dịch cân bằng, chỉ làm cho phản ứng nhanh đạt trạng thái cân bằng

Làm giảm năng lượng trạng thái chuyển tiếp; do đó làm giảm năng lượng hoạt hóa.

Thay đổi cơ chế phản ứng; làm thay đổi bản chất (năng lượng) của trạng thái chuyển tiếp.

 Nâng cao hiệu suất của phản ứng

1 Định nghĩa, phân loại

Phân loại:

 Là chất xúc tác sinh hóa

 Có nguồn gốc protein

• Xúc tác đồng thể

• Xúc tác dị thể (bề mặt)

 Chất xúc tác cùng pha chất phản ứng (khí, lỏng)

 Chất xúc tác ở khác pha chất phản ứng (chất rắn)

 Phản ứng xảy ra ở lớp đơn phân tử trên bề mặt chất xúc tác

• Xúc tác enzyme

• Phản ứng tự xúc tác:

 Một trong những sản phẩm đóng vai trò là chất xúc tác

Biểu đồ năng lượng hoạt hóa khi không có chất

xúc tác và khi có chất xúc tác

2

Một số phương pháp chuẩn

bị xúc tác

B. Phương pháp tẩm ướt nung khô

C. Phương pháp kết tủa

D. Phương pháp đồng kết tủa

E. hương pháp điều chế chất xúc tác xốp

A Phương pháp nung

Phân hủy các chất không bền với nhiệt

Thường dùng:

• nitrat hoặc clorua kim loại, sunfit ít dùng vì nhiệt độ phân hủy cao, muối photphat, bromua, iodua ít có và tương đối đắt

• Đặc biệt là muối của các acid hữu cơ (fomiat, acetat, oxalat)

Muối kim loại và phức acid thường dùng làm nguyên liệu ban đầu để điều chế hỗn hợp oxit kim loại

B Phương pháp tẩm ướt nung khô

Tẩm ướt chất mang bằng các chất xúc tác hoạt động và sau đó nung khô

VD: chất xúc tác Pt/C hoặc Pd/C được chuẩn bị bằng cách cho bay hơi hỗn hợp than hoạt động với các dung dịch acid platinclohydric hay pladindiclorua tương ứng Phần còn lại đem nung nóng khuấy đều đến 110-120 sau khi để nguội thêm dung dịch hydrazin hydrat, làm lạnh đến -5 và kiềm hóa bằng dung dịch NaOH.

C Phương pháp kết tủa

Thường kết tủa các cấu tử hoạt động xúc tác từ dung dịch dưới dạng sản phẩm không hòa tan, lọc

và rửa các ion lạ, sáy khô rồi đem nung

Kích thước tinh thể và độ hoạt động của sản phẩm phụ thuộc vào:

◦ nồng độ dung dịch

◦ thời gian, tốc độ khuấy dung dịch

◦ nhiệt độ kết tủa

◦ cách rửa

◦ sự sấy khô

◦ hoạt hóa nhiệt độ cuối cùng

D Phương pháp đồng kết tủa

Phương pháp này sẽ kết tủa đồng thời chất xúc tác và chất mang tạo thành một xúc tác có độ phân chia bé và có hoạt

tính cao.

E Phương pháp điều chế những chất xúc tác

xốp

Sự tạo thành kim loại có cấu trúc xốp rất hoạt động được tiến hành bằng cách kéo các kim loại khác khỏi hợp kim của nó

Chất xúc tác được bảo quản trong ancol để tránh tiếp xúc với không khí

vì nó rất hoạt động và dễ cháy

đặc tính của chúng

Chất mang: là chất xúc tác được trải lên một lớp xốp và ít hoạt động nào đó.

VD: đá bọt, silic oxit vô định hình,than hoạt tính, đất sét,…

Ưu thế:

◦ Tiết kiệm nguyên liệu để điều chế chất xúc tác, đặc biệt đối với kim loại quý và đắt

◦ Chất xúc tác được phân tán lớn và cố định tốt do chất mang có bề mặt riêng lớn

◦ Không bị co ngót khi sử dụng

◦ Độ bền cơ học lớn và sức chịu đựng của bề mặt khi bị tác dụng nhiệt của nhiệt lớn hơn

◦ Hấp phụ chất độc, tránh sự ngộ độc xúc tác

Các đặc tính khi lựa chọn chất mang:

Thông thường dùng phương pháp tẩm mang bằng dung dịch muối;

sau khi tẩm và sấy khô ta đem phân hủy muối và khử

 Các đặc tính về cấu tạo: vô định hình, tinh thể, độ rắn chắc của bề mặt

 Thành phần hóa học và mức độ phân tán

 Lý tính của bề mặt: độ xốp, đặc tính hấp phụ,tính dẫn điện và độ bền cơ học

 Lượng và nồng độ chất xúc tác có thể nhận được trên bề mặt chất mang (bề dày của sự mang chất xúc tác, thể tích hấp phụ)

 Bề mặt hoạt động của chất mang

4 Nhiệt động học và xúc tác

Nhiệm vụ cơ bản của lý thuyết xúc tác là chọn chất xúc tác tối ưu cho phản ứng

Phản ứng xảy ra với tốc độ tối đa

Có tính chọn lọc cao

1. Chất xúc tác phải tương tác về mặt hóa học với ít nhất với một cấu tử phản ứng

2. Sự thay đổi năng lượng tự do của quá trình tương tác của chất xúc tác với các tác nhân trong các điều kiện xúc tác phải ít âm hơn so với sự thay đổi năng lượng tự do của phản ứng xúc tác

3. Quá trình hóa học xảy ra với sự tham gia của chất xúc tác qua một loạt giai đoạn sẽ là thuận lợi nhất nếu sự thay đổi năng lượng tự do hoặc hiệu ứng năng lượng trong mỗi giai đoạn là giống nhau và bằng nửa sự thay đổi hiệuứng nhiệt trong tổng quá trình

Nguyên tắc chọn lựa trước chất có khả năng xúc tác:

Cần phải thiết lập khả năng thực hiện về mặt nhiệt động học hoặc trạng thái cân bằng khi phản ứng thuận nghịch

Với phản ứng thuận nghịch, chất xúc tác không làm thay đổi vị trí cân bằng mà chỉ cho phép đạt đến vị trí cân bằng của hệ

Ở trạng thái cân bằng chất xúc tác thúc đẩy cả quá trình thuận nghịch của phản ứng ở mức độ khác nhau

Khi ở trạng trạng thái cân bằng không nhất thiết chất xúc tác hoạt động cho phản ứng thuận cũng phải hoạt động cho phản ứng nghịch ở mức độ khác nhau

THANK YOU for listening!

EndGame