Hauptunterschied – Homogener vs. heterogener Katalysator
Katalysatoren sind von vielen Arten, aber sie können hauptsächlich in zwei Gruppen eingeteilt werden, als homogene Katalysatoren und heterogene Katalysatoren. Der Hauptunterschied zwischen homogenen und heterogenen Katalysatoren besteht darin, dass homogene Katalysatoren immer in der flüssigen Phase zu finden sind, während heterogene Katalysatoren in allen drei Phasen der Materie zu finden sind: feste Phase, flüssige Phase und Gasphase.
Katalysatoren sind Verbindungen, die eingesetzt werden, um unter milden Bedingungen eine maximale Ausbeute zu erzielen. Das heißt, Katalysatoren können die Ausbeute einer bestimmten Reaktion erhöhen und die Reaktion beschleunigen.
Was ist ein homogener Katalysator?
Homogene Katalysatoren sind katalytische Verbindungen, die sich in der gleichen Phase wie die in die Reaktionsphase übergehenden Substanzen befinden. Diese homogenen Katalysatoren liegen häufig in flüssiger Phase vor. Die Rückgewinnung homogener Katalysatoren ist vergleichsweise schwierig und teuer, da sich der Katalysator in der gleichen Phase wie das Reaktionsgemisch befindet. Dies bedeutet, dass die Katalysatorabtrennung schwierig ist. Auch die thermische Stabilität homogener Katalysatoren ist schlecht. Das bekannteste Beispiel für homogene Katalysatoren sind Metakomplexe.
Abbildung 01: Wirkungsweise von Katalysatoren
Homogene Katalysatoren sind bei niedrigen Temperaturen (weniger als 250◦C) effizient aktiv. Die katalytische Aktivität dieser Katalysatoren ist im Vergleich zu heterogenen Katalysatoren mäßig. Die Selektivität ist jedoch hoch. Das Recycling des homogenen Katalysators ist teuer, da die katalytische Rückgewinnung schwierig ist. Aber die Modifizierung des Katalysators ist einfach, da er sich in flüssiger Phase befindet.
Die Diffusivität homogener Katalysatoren ist hoch. Dies liegt daran, dass sich alle Reaktanten und der Katalysator in derselben flüssigen Phase befinden und richtiges Rühren zu einer richtigen Diffusion des Katalysators durch das Reaktionsgemisch führt. Homogene Katalysatoren haben normalerweise wohldefinierte aktive Stellen. Dies bedeutet, dass es viele geeignete aktive Stellen auf der Oberfläche der Katalysatorverbindung gibt, an die die Reaktanten gebunden sind, und die Reaktion in diesen aktiven Stellen fortschreitet.
Was ist ein heterogener Katalysator?
Heterogene Katalysatoren sind katalytische Verbindungen, die sich in einer anderen Phase als der Phase des Reaktionsgemisches befinden. Diese Katalysatoren sind in allen drei Stoffphasen zu finden: Festphase, Flüssigphase oder Gasphase. Die katalytische Rückgewinnung ist bei heterogenen Katalysatoren einfach und billig, da sich der Katalysator in einer anderen Phase als die Phase der Reaktionsmischung befindet. Gängige Beispiele für heterogene Katalysatoren sind Metalle, Metalloxide etc.
Abbildung 2: Die Reaktionsmischung befindet sich in flüssiger Phase, während der Katalysator ein Metall in fester Phase ist
Die thermische Stabilität heterogener Katalysatoren ist im Vergleich zu homogenen Katalysatoren sehr gut. Diese Katalysatoren wirken effizient unter Hochtemperaturbedingungen um 250–500◦C. Auch die katalytische Aktivität ist im Vergleich zu homogenen Katalysatoren hoch. Die Selektivität der Reaktanten ist jedoch schlechter als die von homogenen Katalysatoren. Die aktiven Zentren heterogener Katalysatoren sind nicht gut definiert. Dies verringert die Selektivität.
Die Diffusionsfähigkeit des heterogenen Katalysators ist schlecht, wenn die Oberfläche des Katalysators gering ist, da der Katalysator und die Reaktionsmischung in zwei Phasen vorliegen. Aber die Abtrennung des Katalysators ist normalerweise einfach. Dann ist auch das Recycling des Katalysators einfach.
Was ist der Unterschied zwischen homogenen und heterogenen Katalysatoren?
Homogener vs. heterogener Katalysator |
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| Homogene Katalysatoren sind katalytische Verbindungen, die sich in der gleichen Phase wie die in die Reaktionsphase übergehenden Substanzen befinden. | Heterogene Katalysatoren sind katalytische Verbindungen, die sich in einer anderen Phase als der Phase des Reaktionsgemisches befinden. |
| Phase | |
| Homogene Katalysatoren sind meist in flüssiger Phase zu finden. | Heterogene Katalysatoren sind in allen drei Phasen zu finden; Festphase, Flüssigphase oder Gasphase. |
| Thermische Stabilität | |
| Die thermische Stabilität homogener Katalysatoren ist schlecht. | Die thermische Stabilität heterogener Katalysatoren ist gut. |
| Katalysatorrückgewinnung | |
| Die Rückgewinnung homogener Katalysatoren ist schwierig und teuer. | Die Rückgewinnung heterogener Katalysatoren ist einfach und kostengünstig. |
| Aktive Site | |
| Das aktive Zentrum homogener Katalysatoren ist gut definiert und hat eine gute Selektivität. | Das aktive Zentrum von heterogenen Katalysatoren ist nicht gut definiert und hat eine schlechte Selektivität. |
| Katalysator-Recycling | |
| Das Recycling von homogenen Katalysatoren ist schwierig. | Das Recycling heterogener Katalysatoren ist einfach. |
| Katalysatortrennung | |
| Die Abtrennung des homogenen Katalysators aus dem Reaktionsgemisch ist schwierig. | Die Abtrennung des heterogenen Katalysators aus dem Reaktionsgemisch ist einfach. |
| Temperaturabhängigkeit | |
| Homogene Katalysatoren funktionieren besser bei niedrigen Temperaturen (weniger als 250◦C). | Heterogene Katalysatoren funktionieren besser unter Hochtemperaturbedingungen (ca. 250 bis 500◦C). |
| Katalysatormodifikation | |
| Die Modifizierung homogener Katalysatoren ist einfach. | Die Modifizierung heterogener Katalysatoren ist schwierig. |
Zusammenfassung – Homogener vs. heterogener Katalysator
Katalysatoren sind Verbindungen, die die Reaktionsgeschwindigkeit einer bestimmten Reaktion erhöhen können, um in kurzer Zeit eine optimale Ausbeute zu erzielen. Es gibt zwei Haupttypen von Katalysatoren, die als homogene Katalysatoren und heterogene Katalysatoren bezeichnet werden. Der Hauptunterschied zwischen homogenen und heterogenen Katalysatoren besteht darin, dass homogene Katalysatoren immer in der flüssigen Phase zu finden sind, während heterogene Katalysatoren in allen drei Phasen der Materie zu finden sind; Festphase, Flüssigphase und Gasphase.
