Heterogene Säure-Base-Katalysereaktionen
Beispiele sind Hydratisierungen und Dehydratisierungen, Hydrolysen und Isomerisierungen (Umlagerungen). Auch Crackprozesse (Erdölverarbeitung) und Polymerisationen (Kunststoffsynthesen) sind zu nennen. Die Reaktionen haben die Säure/Base-Theorien von Brönsted und vor allem von Lewis zur Voraussetzung.
Bekannte Kontakte dieses Typs sind vor allem Misch-Oxide von Aluminium und Silicium. Es gibt hier beide Möglichkeiten für den Aufbau von katalytisch wirksamen sauren Zentren: Das Lewis-Zentrum enthält wegen der geringeren Koordinationszahl des Al-Atoms an dieser Stelle eine Elektronenlücke. Im Brönsted-Zentrum befindet sich eine Protonenquelle aufgrund der Dissoziation eines Wassermoleküls, das vom Al-Ion komplex gebunden ist.
nach [6]
Das katalytische Lewis-Säure/Base-Zentrum
Das Lewis-Zentrum wirkt besonders bei hohen Temperaturen. Es leitet zum Beispiel
eine Crackreaktion ein, indem es von dem Kohlenwasserstoff ein Hydrid-Ion abspaltet.
Es wird an das Al-Atom gebunden. Es bildet sich ein Carbenium-Ion, zum Beispiel:
Crack-Reaktion am Lewis-Säure/Base-Zentrum
Das positiv geladene Carbenium-Ion stabilisiert sich, indem es zerfällt.
Die positive Ladung kann auf zwei Wegen eliminiert werden: Einmal wird sie an der
Kontaktoberfläche vom Carbenium-Ion als Proton auf das Hydrid-Ion übertragen.
Butan > 2 Ethen + H2
Das Hydrid-Ion kann aber auch auf das bei der Spaltung neu gebildete Carbenium-Ion übertragen werden. Es bilden sich dann Ethen und Ethan.
Butan > Ethen + Ethan
Das katalytische Brönsted-Säure/Base-Zentrum
Das Brönsted-Zentrum ist nur bei niedrigeren Temperaturen existent. Bei
Umlagerungen übernimmt zum Beispiel das Buten-(2)-Molekül ein Proton vom
Kontakt. Es bildet sich ein Carbenium-Ion. Dieses lagert sich um, entweder was die
Doppel-Bindung angeht oder bezüglich des Kohlenstoffgerüstes. Außerdem laufen
noch Crackprozesse ab. Die Protonen werden als Katalysatoren zurückgebildet.
nach [6]
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Quelle:
Text vereinfacht nach [6]