mở đầu xúc tác hữu cơ

KHOA HĨA HỌC
K63A

Chun đề:
Xúc tác
Giảng viên: Chu Ngọc Châu
Trình bày: Lê Ngọc Hoan


KHOA HĨA HỌC
K63A

Nội dung chính:

1.
2.

Định nghĩa, Phân loại

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


KHOA HÓA HỌC

K63A

1. Định nghĩa, phân loại
Xúc tác: là quá trình trong đó tốc độ hoặc

Chất xúc tác: là chất được thêm vào phản

kết quả của phản ứng bị ảnh hưởng bởi sự

ứng để tăng tốc độ phản ứng mà khơng bị

có mặt của chất xúc tác.

tiêu hao trong suốt q trình.

Vai trị:

 Có tính chọn lọc
 Khơng 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.


KHOA HĨA HỌC
K63A

1. Định nghĩa, phân loại
Phân loại:

•

Xúc tác enzyme

•

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

 

 Là chất xúc tác sinh hóa
 Có nguồn gốc protein

•

Xúc tác dị thể (bề mặt)

 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 đồng thể

•

Phản ứng tự xúc tác:

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

KHOA HĨA HỌC
K63A

Biểu đồ năng lượng hoạt hóa khi khơng có chất
xúc tác và khi có chất xúc tác

Xúc tác đồng thể

Xúc tác dị thể


KHOA HÓA HỌC
K63A

2.
Một số phương pháp chuẩn
bị xúc tác
A.
B.
C.
D.
E.

Phương pháp nung
Phương pháp tẩm ướt nung khô
Phương pháp kết tủa
Phương pháp đồng kết tủa
hương pháp điều chế chất xúc tác xốp

KHOA HĨA HỌC
K63A

A.

Phương pháp nung

Phân hủy các chất khơng 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.


KHOA HĨA HỌC
K63A

B.

Phương pháp tẩm ướt nung khơ

 

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

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 cịn 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.


KHOA HÓA HỌC
K63A

C.

Phương pháp kết tủa

Thường kết tủa các cấu tử hoạt động xúc tác từ dung dịch dưới dạng sản phẩm khơng hịa tan, lọc
và rửa các ion lạ, sáy khơ 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 khơ
hoạt hóa nhiệt độ cuối cùng.


KHOA HÓA HỌC
K63A

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.


KHOA HÓA HỌC
K63A

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 khơng khí
vì nó rất hoạt động và dễ cháy.


KHOA HĨA HỌC
K63A

3.

Chất mang và các

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 vơ định hình,than hoạt tính, đất sét,…

Ưu thế:

◦

Tiết kiệm ngun 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.

◦

◦

Khơng 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


KHOA HĨA HỌC
K63A

Các đặc tính khi lựa chọn chất mang:







Các đặc tính về cấu tạo: vơ 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

Thông thường dùng phương pháp tẩm mang bằng dung dịch muối;
sau khi tẩm và sấy khô ta đem phân hủy muối và khử.

KHOA HÓA HỌC
K63A

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


KHOA HĨA HỌC
K63A

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

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.

Q 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.


KHOA HÓA HỌC
K63A

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 khơng làm thay đổi vị trí cân bằng mà chỉ cho phép đạt đến vị
trí cân bằng của hệ.
nhau.

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

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.


KHOA HÓA HỌC
K63A

EndGame
THANK YOU for listening!

?
ions
t
s
e
y qu
n
a
have
u
o
Do y