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Artikelnummer: 1223

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Katalyse ist also eine kinetische und keine thermodynamische Erscheinung. Ein Katalysator verändert nicht das chemische Gleichgewicht einer Reaktion, sondern lediglich die Geschwindigkeit, mit der es sich einstellt.

Das ist der Energiebetrag, der zunächst überwunden werden muss, um die Reaktion in Gang zu setzen. Während der Reaktion wird der Reaktant zunehmend verändert, er nimmt einen energetisch ungünstigen Übergangszustand ein. Die Aktivierungsenergie ist der Energiebetrag, der benötigt wird, um den Reaktant in den Übergangszustand zu zwingen.

Hier setzt die Wirkung des Katalysators ein, der durch seinen räumlichen Bau und seine Ladungsverhältnisse die Wahrscheinlichkeit für den Reaktant erhöht, den Übergangszustand einzunehmen. Somit wird weniger Energie benötigt, um den Reaktant in diesen Zustand zu bringen. Aus der Arrhenius-Gleichung ergibt sich der Effekt einer niedrigen Aktivierungsenergie bei sonst gleichen Reaktionsbedingungen auf die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante:.

Die Einteilung der Katalyse erfolgt nach verschiedenen Kriterien wie den beteiligten Phasen oder der Art der eingesetzten Katalysatoren. Je nachdem, in welcher Phase Katalysator und Substrat vorliegen, wird nach homogener Katalysator und Substrat liegen in der gleichen Phase vor und heterogener Katalyse Katalysator und Substrat liegen in verschiedenen Phasen vor unterschieden.

Wechselt ein Katalysator oder Substrat während der Reaktion die Phase, wird der Vorgang Phasentransferkatalyse genannt. Weisen die Produkte einer katalytischen Reaktion spezielle stereochemische Eigenschaften auf, wird dies enantioselektive Katalyse genannt.

Je nach Art der katalysierten Reaktion spricht man zum Beispiel von Oxidations- oder Hydrierkatalysatoren. Werden Reaktionen mit Hilfe organischer Moleküle katalysiert, die keine Metalle enthalten, sondern nur aus leichten Hauptgruppenelementen bestehen, wird dies als Organokatalyse bezeichnet. Ein bekanntes Beispiel ist die enantioselektive Prolin -Katalyse.

Darin bildet Prolin als sekundäres Amin mit einer Carbonylverbindung ein Enamin , das im tautomeren Gleichgewicht mit seinem Iminium-Ion steht. Im letzten Schritt wird durch Hydrolyse das Produkt freigesetzt und das Prolin als Katalysator zurückgewonnen. Bei der heterogenen Katalyse liegt der Katalysator oft in fester Form vor so genannter Kontakt und das Substrat reagiert aus der Gas- oder Flüssigphase.

Die heterogene Katalyse ist die Grundlage vieler chemischer und petrochemischer Prozesse. Katalysatoren sind häufig feste Basen und Säuren, wie Zeolithe, Metalloxide oder heterogenisierte Homogenkatalysatoren, wie trägerfixierte Enzyme.

Neben der Chemie der Katalysereaktion sind bei heterogen-katalysierten Reaktionen oft Transportvorgänge geschwindigkeitsbestimmende Schritte. Die Optimierung katalytischer Prozesse erfordert einen multidisziplinären Ansatz, bei dem neben der Chemie des Katalysators und des Prozesses Aspekte der Fluiddynamik , des Reaktordesigns sowie neue Erkenntnisse der Festkörper- und Oberflächenchemie und Analytik berücksichtigt werden müssen.

Die Selektivität ist oft höher als bei heterogen katalysierten Reaktionen, oft ist jedoch ihre Abtrennung vom entstehenden Produktgemisch schwierig. Ist die Aktivität des eingesetzten Homogenkatalysators sehr hoch und durchläuft dieser genügend katalytische Zyklen, ist die Abtrennung des Katalysators nicht notwendig.

Je nach der Art des eingesetzten Katalysators werden folgende Arten der homogenen Katalyse unterschieden: Vermittelt ein Katalysator den Kontakt zweier Reaktanten, die in unterschiedlichen Phasen meist wässrige und organische Phase vorliegen, wird dies Phasentransferkatalyse genannt. Der Katalysator einer solchen Reaktion ermöglicht den Durchtritt der Reaktanten durch die Phasengrenze. Durch Einsatz chiraler Kronenether können gute Enantiomerenüberschüsse erhalten werden.

Quartäre Ammoniumverbindungen , Phosphonium- oder Arsoniumionen mit lipophilen Alkylresten verbessern die Extraktion. Dabei steigt die Lipophilie mit zunehmendem Kohlenstoffanteil im Alkylrest. Die Reaktionsgeschwindigkeit einer Phasentransferkatalyse steigt oft linear mit der Konzentration des Katalysators an.

Stoffwechselvorgänge in Lebewesen werden durch Enzyme katalysiert. Viele Biokatalysatoren sind Proteine oder enthalten Proteinbestandteile. Einige biokatalytische Prozesse gehören zu den ältesten bekanntesten chemischen Prozessen der Menschheit, etwa dem Bierbrauen.

Auch in der Pharmazeutischen Industrie werden verstärkt biokatalytische Prozesse eingesetzt. Ein Katalysator ist der Stoff, der die vorbeschriebene Katalyse bewirkt. Katalysatoren finden Anwendungen für den stationären und mobilen Umweltschutz, in der chemischen Industrie und in der Raffinerietechnik. Oft benötigt ein katalytischer Zyklus neben dem eigentlichen Katalysator einen Cokatalysator, der die Aktivität oder Selektivität eines Katalysators in positiver Weise beeinflusst.

Heterogene Katalysatoren können als nicht poröse Vollkontakte oder Metallnetze wie im Ostwald-Verfahren mit geringer spezifischen Oberflächen oder als poröser Feststoff mit hoher spezifischer Oberfläche vorliegen. Vollkontakte können beispielsweise durch Präzipitation oder Co-Präzipitation von Metallsalzen durch Alkalicarbonate oder -hydroxide hergestellt werden.

Diese werden nach der Fällung gewaschen, getrocknet, calziniert und gegebenenfalls durch Reduzierung zum Metall aktiviert. Heterogene Katalysatoren werden auf viele verschieden Arten hergestellt.

Ein bekanntes Verfahren ist die Extrusion zur Herstellung von Katalysatoren für den Autoabgaskatalysator, der danach mit einem Washcoat beschichtet wird. Ein poröser Kontakt besteht entweder aus Vollmaterial wie Aluminiumoxid oder aus einem Trägermaterial, das mit einer katalytisch aktiven Komponente sowie gegebenenfalls Aktivatoren imprägniert oder beschichtet wurde. Die Poren im Katalysatorkorn erhöhen die spezifische Oberfläche erheblich. Diese kann mehrere hundert Quadratmeter pro Gramm betragen.

Nach der Imprägnierung eines Trägers mit einer Metallsalzlösung erfolgt beispielsweise die Trocknung , die Calzinierung und die Aktivierung des Metalls. Durch die spezifischen Bedingungen bei diesen Schritten lassen sich gegebenenfalls spezielle Metall-Profile auf einem Trägerpellet einstellen, die auf die Reaktionskinetik und die Diffusionscharakteristik der Reaktanten der katalysierten Reaktion abgestellt werden müssen.

Trägermaterialien tragen in der heterogenen Katalyse die feinverteilten, katalytisch wirksamen Metallcluster und können aufgrund ihrer Eigenschaften als Co-Katalysator dienen, oder sie haben als Ligand einen Einfluss auf die katalytische Aktivität des dispergierten Metalls.

Bei mikroporösen Stoffen wie Zeolithen hat sich der Ionenaustausch bewährt. Durch besondere Strukturen, zum Beispiel bei Zeolithen, können Trägermaterialien die Selektivität einer Reaktion beeinflussen. Die Herstellung homogener Übergangsmetallkatalysatoren erfolgt oft mit den Methoden der metallorganischen Chemie.

Viele Übergangsmetallkatalysatoren sind luft- und feuchtigkeitsempfindlich. Eine besondere Bedeutung hat dabei das Ligandendesign für die Ausbeute und Selektivität der homogen-katalysierten Reaktion.

Die elektronischen und sterischen Eigenschaften des Liganden können die Reaktion steuern und zum Beispiel sterische Informationen auf das Reaktantensystem übertragen. Die Mechanismen der Katalysatordeaktivierung sind vielfältig. In der Übergangsmetallkatalyse wird beispielsweise die Reduktion der eingesetzten Metall-Ligand-Katalysatoren zum Metall beobachtet. Grob kann die Art der Deaktivierung eingeteilt werden in mechanische, etwa durch Abrieb oder Zerfall, thermische wie zum Beispiel durch Sinterung, physikalische wie die Verkokung oder die physikalische Blockade aktiver Zentren sowie die chemische Deaktivierung durch Bildung inaktiver Metallkomponenten wie beispielsweise Sulfide.

Durch Alterungsprozesse kann die katalytisch aktive Oberfläche verkleinert werden oder Poren können verstopfen, zum Beispiel in Zeolithen.

Zu den Regenerationsverfahren zählt beispielsweise das Abbrennen von Koks von Kontakten, die in Crack-Prozessen oder dem katalytisches Reforming eingesetzt werden oder die Oxychlorierung zur Wiederherstellung acider Zentren. Ist der Katalysator soweit deaktiviert, dass eine Regeneration nicht mehr sinnvoll ist, wird der Katalysator aus dem Prozess ausgeschleust. Bei Edelmetallkatalysatoren werden die Träger gegebenenfalls geschmolzen und das Edelmetall durch Verhüttungs- und elektrochemische Prozesse zurückgewonnen.

Irreversibel ist oft die Deaktivierung durch Phasenumwandlungen. Durch Bildung einer Spinell -Phase wird der Katalysator deaktiviert und kann nicht regeneriert werden. Neben den chemischen Reaktion können in der heterogenen Katalyse die Transportvorgänge die geschwindigkeitsbestimmenden Schritte sein. Es können insgesamt sieben Schritte unterschieden werden. Der erste ist die Diffusion der Reaktanten vom Gasstrom in den Katalysator.

Der zweite Schritt ist die Porendiffusion, auf den die Adsorption der Reaktanten am aktiven Zentrum folgt. Nach der chemischen Reaktion verlassen die Produkte durch Desorption, wieder Porendiffusion und Diffusion in den Hauptgasstrom den Kontakt.

Der chemische Prozess nach Adsorption kann auf verschiedene Weise erfolgen. Bei monomolekularen Reaktionen zerfällt zum Beispiel das Edukt an der Katalysatoroberfläche.

Bei bimolekularen Reaktionen sind drei Mechanismen denkbar, die davon abhängen, ob und wie die Reaktionspartner adsorbiert werden. Zunächst müssen beide Edukte A und B aus der Gasphase auf der Katalysatoroberfläche adsorbiert werden: Beim Eley-Rideal-Mechanismus , der von D. Die oxidative Dehydrierung von Propan zu Propen verläuft nach einem Mars-van-Krevelen-Mechanismus an vanadiumhaltigen Metalloxidkatalysatoren. Die Mechanismen der Organokatalyse sind vielfältig.

Abbau Granit Bianco Sardo Italien. Granit mit Xenolith Spanien. Travertin Bad Langensalza Deutschland. Muschelkalk Piedra de Santanyi Spanien. Gut färbbar, benannt nach der antiken oberägyptischen Stadt Alabastron. Benannt nach den ausgedehnten Vorkommen in den chilenischen Anden. Verwendung als Schotter, Split, Dekor- und Werkstein. Variable Farbe, oft mit schillernden Labrador-Feldspaten Labradorit.

Verwendung als Dekorstein, Basismaterial zur Herstellung von feuerfesten Stoffen. Ausbildung dicht, porig, tuffig. Basalte werden nach Alter und Körnigkeit weiter unterschieden, eine einheitliche Nomenklatur gibt es nicht. Sie sind extrem druckfest. Basalt ist frostbeständig und gut politurbeständig.

Nur wenige Vorkommen eignen sich zur Werksteinproduktion. Basaltgang in Granit, Bretagne Frankreich. Dunkelgrüne oder schwarze, meist karbonische oder devonische Basalte der Grünstein-Fazies, durch Alterung "vergrünt". Der Name kommt von gr. Im Gegensatz zu Gabbro mit natriumbetonten Plagioklasen. Diorit ist frostbeständig und gut politurbeständig wegen des geringeren Quarzgehaltes etwas geringer als Granit.

Feinkörnige Sorten eignen sich besonders gut zur Herstellung von Pflastersteinen. Die Verlegung von Bodenplatten erfolgt meist im Dickbettverfahren, bei diamantgesägten Rückseiten ist eine Haftbrücke empfehlenswert keine Kontaktschlämmen aus Zement wegen Ausblühungsgefahr! Belegt Feld 11 im Qapf-Diagramm. Der Foyait ist benannt nach dem Fundort in Portugal. Foyait ist frostbeständig und gut politurbeständig.

Foyait Cinzento Monchique, Faro Portugal. Gabbro belegt Feld 10 im Qapf-Diagramm, er ist benannt nach dem Dorf Gabbro südlich von Livorno in der Toscana der dort vorkommende "Gabbro" ist allerdings ein Serpentinit.

Gabbro ist frostbeständig und politurbeständig. Eine Gesteinsfamilie nach KRAEFT der Metamorphite Ordnung Gneissoida , hellgrau, -grünlich, -bräunlich, -rötlich, mittel- bis grobkörnig, mehr oder weniger stark gerichtet, oft zu dünnen Platten spaltbar. Man kann nach der Genese differenzieren: Granite belegen Feld 3 im Qapf-Diagramm. Gestein, gehört zur Gesteinsfamilie Granit. Granodiorit ist immer dunkler als Granit, meist fein- bis mittel-, selten grobkörnig, belegt Feld 4 im Qapf-Diagramm.

Mineralanteile des Gesteins der Typlokalität in Gew. Granodiorit ist frostbeständig und gut politurbeständig. Granodiorit Demitz-Thumitz, Sachsen Deutschland. Nimmt der Biotit-Anteil zu, entsteht Granatgneis. Typisches Erkennungsmerkmal sind die brombeerfarbenen Granate, die makroskopisch im Gestein gut erkennbar sind. Granulit ist frostbeständig und sehr gut politurbeständig.

Gelegentlich Ausrostungsgefahr durch gesteinsimmanente Verfärbungen. Verwendung als Schotter und Dekorstein erst seit etwa im Natursteinhandel. Gelbe und braune Farbtöne werden verursacht durch Limonit, rote und rötliche durch Hämatit, graue und schwarze durch Graphit.

Bisher gibt es keine befriedigende, einheitliche Klassifizierung der Kalksteine. Zu den Kalksteinen gehören z. Kalksteine werden oft als Dekorstein verwendet und dann im Handel allgemein fälschlicherweise als "Marmor" bezeichnet.

Kalksteine sind nicht alle frostbeständig und begrenzt politurbeständig, denn der im Kalkstein vorherschende Calcit hat lediglich Härte 3 nach Mohs. Zur Erhöhung der Oberflächenhärte ist die Anwendung des sog. Gegen viele Reagenzien, bes. Düngekalk, Zuschlagstoff in der Glas- und Hüttenindustrie, Reinigungsmittel bei der Zuckerherstellung.

Bekannte einheimische Sorten sind: Der typische Blauschimmer der Anorthoklase entsteht durch Entmischungserscheinungen, s. Mineralanteile des Gesteins der Typlokalität in Vol. Benannt nach dem bedeutendsten Vorkommen in Norwegen. Larvikit ist frostbeständig und gut politurbeständig. Die Verlegung von Fliesen sollte möglichst aus mehreren Paketen gleichzeitig erfolgen. Verwendung als Grabmal- und Dekorstein. Entstanden ist der Marmor durch Kontaktmetamorphose oder Regionalmetamorphose.

Vielfältige Verwendung als Bau-, Werk-, Dekorstein. Handelsbezeichnung für durchscheinend bis undurchsichtig dichte Kalksinter oder Aragonitsinter. Verwendung als Dekorstein und im Kunstgewerbe. Entstanden aus einer Restschmelze, saurer, heller, leichter und grobkörniger als das Ausgangsmagma. Hauptgemengteile sind Alkalifeldspat, Glimmer und Quarz. Einzelkristalle von vielen kg Gewicht sind möglich. Pegmatite sind oft Anreicherung seltener Elemente, daher oft wertvolle Lagerstätte auch für viele Schmucksteine.

Pegmatit ist auch eine alte Bezeichnung für Schriftgranit und für Aplit. Zuweilen ist Quarzit spaltbar bis in den mm-Bereich Spaltstein. Quarzit ist frostbeständig und sehr gut politurbeständig.

Plutonit, definiert als Normalgranit mit Orthoklas: Farbzahl 02, man kann differenzieren nach Struktur: Rhyolith entsteht aus sehr zähflüssigen Magmen, daher sind die Vorkommen meist dem entsprechenden Vulkanschlot unmittelbar benachbart.

Rhyolithe werden im Natursteingewerbe meist als Porphyr bezeichnet. Porphyritisch ist die entsprechende Gefüge-Bezeichnung, sie wird auch für andere Magmatite verwendet.

Rhyolith belegt Feld 3 im Qapf-Diagramm. Rhyolith ist frostbeständig und politurbeständig. Rhyolith-Bruch in Löbejün, Sachsen Deutschland. Sandstein entsteht an Land durch Flüsse, in Seen, an Meeresküsten.

Diese Bindungsarten können sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander vorliegen. So ist es nicht ungewöhnlich, wenn innerhalb einer Handelssorte sowohl tonige als auch quarzitische Bindungen auftreten. Sandsteine sind meist frostbeständig, Politur ist nur in Ausnahmefällen möglich. Tongebundene Sandsteine eignen sich wegen ihrer geringeren Härte gut für Bildhauerarbeiten, quarzgebundene Sandsteine Kieselsandstein , die eine höhere Härte und damit Abriebfestigkeit besitzen, eignen sich besonders für Bodenbeläge und Treppenstufen.

Serpentinit bildet oft tektonische Breccien mit fast konglomeratischen Strukturen, oft mit Erzen vergesellschaftet. Verwendung als Dekorstein, Schmuckstein, im Kunstgewerbe. Syenit ist frostbeständig und gut politurbeständig. Dunkelgrauer bis schwarzer, mittel- bis grobkörniger Plutonit, gehört in die Gesteinsfamilie der Quarzdiorite, belegt Feld 5 im Qapf-Diagramm, benannt nach dem Fundort in Italien.