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Catalysis (Paperback)
J Manassen, R L Banks, W Strohmeier, G -M Schwab, F Steinbach
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"Habent sua fata libelli. " In dem Vorwort zum Gesamtwerk, das 1941
dem ersten Band dieses Handbuches vorangestellt wurde, war die
Absicht aus gesprochen und begrundet worden, einen moeglichst
gleichzeitigen Querschnitt durch das Gebiet der Katalyse zu
schaffen und deshalb das ganze Werk moeglichst kurzfristig
fertigzustellen. Dies schien zunachst zu gelingen, indem bis 1943
die Bande I bis IV, VI und VII trotz aller Schwierigkeiten der
Kriegsjahre heraus gegeben werden konnten. Dann aber begannen die
geschichtlichen Ereignisse ubermachtig zu werden, und die schon
weit gediehenen Vorbereitungen zum fehlenden Band V hatten zu
ruhen. Der Herausgeber und der Verleger sind gluck lich, dass
nunmehr nach 13 Jahren die Lucke geschlossen werden kann, nicht
zuletzt durch die aufopfernde Arbeit der Autoren, die ihre alten
Manuskripte teilweise voellig umgearbeitet haben. Naturlich ist die
Forschung besonders auf dem Gebiet der heterogenen Katalyse, der
dieser Band gilt, inzwischen vorangeeilt, und die Brucke, die jetzt
zwischen Band IV und VI geschlagen wird, liegt schon in
betrachtlicher Hoehe uber den beiden Ufern. Es ware aber nicht zu
verantworten gewesen, um des ursprunglich geplanten gleichzeitigen
Querschnitts willen nun nicht bis zur Gegenwart vorzustossen. Band
V behandelt die Fragen des eigentlichen Mecha nismus der
heterogenen Katalyse und bildet so gewissermassen das Herzstuck des
ganzen Handbuches. Es ist sicher von Vorteil fur das Ganze, dass
gerade in diesem Stuck der neueste Stand berucksichtigt werden
konnte.
Der vorliegende Band eroffnet das Handbuch mit einigen Aufsatzen
uber Themen, die die allgemeine Grundlage unserer Auffassung der
Katalyse bilden. Dabei kann der Rahmen nicht zu eng gezogen werden,
da ja das Verstandnis der Katalyse nichts anderes ist, als
Verstandnis chemischer Reaktionen uber haupt. Die Sonderstellung
der Katalyse wurde in einem einleitenden Aufsatz herausgestellt, in
einem zweiten kurz die Forschungsmethoden betrachtet und dann die
atomistischen, reaktionskinetischen und thermodynamischen Grund
lagen der Katalyse einzeln abgehandelt. Wir glauben, dass eine
breite Darlegung der wichtigen und oft missverstand lich
angewandten wellenmechanischen Grundlagen der Chemie bis zu den An
wendungen auf die Katalyse hier ebenso am Platz war, wie eine
ubersichtliche Darstellung der reaktionskinetischen Gesichtspunkte,
die bei katalytischen Pro blemen zusammenkommen konnen. Unter der
"thermodynamischen Behand lung" endlich verstehen wir nicht die
Betonung der hinreichend bekannten gegenseitigen Unabhangigkeit
kinetischer und thermodynamischer Aussagen, sondern vielmehr die
positive Herausarbeitung der neuerdings sich andeutenden
begrifflichen und tatsachlichen Zusammenhange. Es konnte nicht
ausbleiben, dass man dabei einzelne Dinge, wie etwa die Theorie des
"transition state," in diesen drei Aufsatzen mehrmals findet, da
Atomphysik, Kinetik und Energetik schliess lich auf dasselbe
Reaktionsgeschehen der Katalyse zugespitzt auftreten mussten. Nach
diesen allgemeinen Einfuhrungen folgt notwendig die Behandlung des
Gebiets, das die Katalyse unter den ubersichtlichsten Bedingungen
und daher als Musterbeispiel fur das Ganze zeigt, der Gaskatalysen.
Neben einem Haupt aufsatz uber die reaktionskinetische Erforschung
einfacher und kettenmassiger Gaskatalysen wurden einige wichtige
Teilfragen besonders behandelt, namlich die neuerdings so
aufschlussreich gewordene Parawasserstoffkatalyse sowie die
Verbrennungs- und Explosionsvorgange."
Der vorliegende Band leitet die Behandlung der heterogenen Katalyse
ein. E entspricht der praktischen Bedeutung, der
Entwicklungstendenz und der wissenschaftlichen Vielseitigkeit
dieses Gebietes, dass es drei Bande, also fast die Halfte des
ganzen Handbuches, einnimmt. Das Hauptgewicht liegt dabei auf der
Reaktionsbeschleunigung und Reaktionslenkung durch feste
Katalysatoren. Flussigkeiten und Gase in ihrem katalytischen
Einfluss auf Umsetzungen in andern Phasen finden dabei an jeweils
passender Stelle ihre Berucksichtigung. Dieses Vorgehen hat sich
bewahrt und entspricht der tatsachlichen Verteilung der Wich
tigkeit und unserer gegenwartigen Kenntnisse. So kommt es, dass im
Gegensatz zur homogenen Katalyse, wo unmittelbar mit der
Betrachtung des chemischen Geschehens begonnen werden konnte, zu
nachst die Verhaltnisse an den Grenzflachen fester Korper
klargestellt werden mussen. Es ist ja heute allgemeiner bekannt,
dass die chemischen Eigenschaften der Begrenzungsflache eines
festen Korpers keineswegs durch seine chemische Zu sammensetzung
eindeutig beschrieben sind, dass vielmehr Be30nderheiten der
Gitterausbildung, der Auf teilung, der Gestalt und des Feinbaus der
Oberflache wenigstens ebenso massgebende Faktoren sind. Dem tragen
die ersten vier Auf satze Rechnung: Der erste behandelt eingehend
die weittragenden Ergebnisse, die besonders die letzten Jahre uber
diese Fragen gezeitigt haben, sowie die grossenteils modernen
Methoden, mit denen sie erzielt wurden und die auch in Zukunft das
Rustzeug der Katalysator-Erforschung zu bilden haben."
Bei der groJlen Bedeutung katalytischen Geschehens fiir die belebte
Natur hat sich das Interesse an der Katalyse neuerdings stark von
der technischen auf die biologische Seite verschoben, und man kann
die zukiinftige Entwicklung der katalytischen Wissenschaft
wahrscheinIich in der Hauptsache nach dieser Richtung hin erwarten.
Es konnte nicht Aufgabe des "Handbuchs" sein, auf diese
biologischen oder gar wissenschaftsgeschichtlichen und
erkenntnistheore. tischen Zusammenhange naher einzugehen. Hierfiir
sei auf die bekannten Sehriften MrrTASCHS verwiesen. Wohl aber
konnte das "Handbuch" an der Biokatalyse als chemischer
Erscheinungsform nicht voriibergehen. Ohne etwa ein Sammelwerk der
Enzymforschung ersetzen zu wollen, sollten doch die wiehtigsten in
ihrem Chemismus erkannten fermentativen Katalysen und be. Ronders
Katalysatoren als solehe und yom katalytischen Standpunkt aus be
handelt werden. Vollstandigkeit ist dabei nicht unsere Aufgabe. Ein
einleitender Aufsatz gibt die allgemeinen Kennzeiehen des Gebiets
an. Zwei groBe Hauptkapitel behandeln die beiden wichtigsten
Hauptgruppen von Fermenten. Von den oben gestreiften zahlreichen
Gebieten der Biologie, auf denen die Katalyse mehr
Zukunftsbedeutung hat, durfte eines schon heute wegen der sich
abzeichnenden grundlegenden Zusammenhiinge nicht iibergangen
werden: das der Virusstoffe, die bier - wiederum ohne jeden
Wettstreit mit speziellen Hand. biichem - auf ihre katalytische
Rolle hin untersueht wurden. Endlich glaubte der Herausgeber, durch
einen Artikel iiber Fermentmodelle die Erwartungen an. deuten zu
miissen, die man seiner Ansieht nach auf diesem Gebiet an Modell.
versuche zu kniipfen hat."
Wahrend die Bande IV und Y den Vorbedingungen und
Grunderscheinungen der heterogenen Katalyse gewidmet sind, bringt
der vorliegende Band aIle die Sondergebiete zur Darstellung, die
entweder besondere Forschungsmethoden oder besondere
Erscheinungsformen der heterogenen Katalyse bedeuten. Die
Schwierigkeit einer streng systematischen Stoffauswahl und
Stoffeinteilung nimmt von der Katalyse liberhaupt liber die noch
eigenwilligere heterogene Katalyse hinweg zu diesen Sondergebieten
hin stetig zu, und so darf man hier keinesfalls mehr einen
logischen Gang oder tiefere Zusammenhange zwischen allen
Einzelkapiteln erwarten. Es sollten vielmehr einfach die Dinge
zusammen gebracht werden, die besonders entwicklungsfahig
erscheinen. Da sind es zunachst die beiden modernen Methoden der
Katalyseforschung mit "markierten Molekeln," die Parawasserstoff-
und die Isotopenkatalyse, die hier ebenso wie in der homogenen
Katalyse (siehe die Bande I und II) zu einem tieferen Eindringen in
die Elementarvorgange berufen sind. An besonderen
Erscheinungsformen der Katalyse ist ein durch seinen Chem: is mus
abweichender Typ in der Atomrekombination an der GefaBwand und
ihrer Umkehrung gegeben, der noch besondere Bedeutung fUr das
Verstandnis gewisser Kettenreaktionen besitzt. Grundsatzlich
katalytische Erscheinungen, die auf elektrochemischer Grundlage
verstanden werden mussen, haben wir in den zu sammenhangenden
Gebieten der tJberspannung und d r Korrosion vor uns. Ais fUr die
Erforschung der Kontaktstruktur von jeher besonders wichtige Sonder
merkmale der heterpgenen Katalyse folgen dann die Selektivitat und
Spezifitat sowie die Vergiftung der Kontakte."
In diesem Bandchen wird der Versuch gemacht, einem breiteren
Leserkreis die Gedankengange und Ergebnisse einer Wissenschaft
naherzubringen, die an der Grenze zwischen zwei alteren Schwe-
stern steht. Der Grund ist einfach der, daB diese Gedanken und
Befunde von immer noch steigender Bedeutung fiir unser alIer Leben
und Umgebung sind. Es wird deutlich werden, daB das meiste von dem,
was die Chemie zur Umgestaltung unserer Welt beigetragen hat, nur
durch die Untermauerung mit den Gesetzen der Physik moglich gewesen
ist. Das Wesen der physikalischen Chemie ist namlich, die
qualitativen Knderungen, die wir als chemische Reaktionen
bezeichnen, quantitativ zu untersuchen und zu verstehen. Das setzt
natiirlich bei dem schopferischen Forscher griindliche Kenntnisse
der Chemie, aber auch der Physik und der Mathematik voraus, und
alIes dies sind Hemmnisse flir eine ge- meinverstandliche
DarstelIung. Trotzdem solI der Versuch unternommen werden, mit
einem Minimum von chemischen Stoffkenntnissen und chemischen Vor-
aussetzungen auszukommen und iiberdies nicht die mathematischen
Entwicklungen darzustellen, die zu den Ergebnissen gefiihrt haben,
sondern diese selbst, moglichst des Gewandes der Mathematik ent-
kleidet. Der Verfasser hofft, daB es ihm dabei gelungen ist, das
recht eigenartige und ungewohnliche Gebaude der physikalischen
Chemie dem gebildeten Laien verstandlich zu machen und zu zei- gen,
wie durch die beschriebene Durchdringung mehrerer Wissen- schaften
chemische Reaktionen in neuem Lichte erscheinen und weiterer
Anwendung zum Wohl der Menschheit zuganglich ge- worden sind.
Miinchen, Oktober 1969 G. -M. Schwab v Inhaltsverzeichnis
Einleitung 3 1. Die Forrnarten der Materie . 2. Das ideale Gas. . .
. 5 6 3.
Dieser Buchtitel ist Teil des Digitalisierungsprojekts Springer
Book Archives mit Publikationen, die seit den Anfangen des Verlags
von 1842 erschienen sind. Der Verlag stellt mit diesem Archiv
Quellen fur die historische wie auch die disziplingeschichtliche
Forschung zur Verfugung, die jeweils im historischen Kontext
betrachtet werden mussen. Dieser Titel erschien in der Zeit vor
1945 und wird daher in seiner zeittypischen politisch-ideologischen
Ausrichtung vom Verlag nicht beworben.
Dieser Band, der zeitlich als erster erscheint, enthalt die
Katalyse in Losungen. Ihm sollen in kurzester Zeit Band I
(Allgemeines und Gaskatalyse) und Band III (Biokatalyse) folgen, so
dass dann all s, was etwa den reinen Chemiker, den Biologen und
viele Praktiker interessieren durfte, fertig vorliegt. Es waren
hauptsachlich drei Fragenkreise, die bei der Zusammenstellung
dieses Bandes zu beachten waren: die katalytische Rolle des Mediums
selbst zunachst. Hier erfordert die Erforschung der nichtwassrigen
Losungen, wie man sehen wird, noch viel Entwicklungsar. beit,
wahrend die Salzeffekte in wassriger Losung im wesentlichen
aufgeklart sind. Dies ist wichtige Voraussetzung fur den zweiten
grosseQ Fragenkreis, die Saure-Basen-Katalyse, die jetzt endlich
auf dieser Grundlage eine ganz geschlossene kritische Darstellung
finden konnte, wie sie den Kenner der bisherigen Sachlage
befriedigen wird. Es erschien wichtig, hier nicht nur den
Kinetiker, sondern auch den Organiker zu Wort kommen zu lassen,
nachdem besonders die englische Schule auf Grund einer weitgehenden
Sichtung des Tatsachenmaterials zu allgemeineren und mit der
Kinetik uberein stimmenden Gesichtspunkten gelangt ist. Der dritte
grosse Fragenkomplex sind die Vorgange der Oxydation und besonders
Autoxydation und ihrer Hemmung. Hier bringt das Handbuch an Stelle
eines heute notwendig noch unvollstandigen kinetischen einen mehr
chemisch orientierten Artikel, der alle einschlagigen Ge
sichtspunkte berucksichtigt. Die Liste der Verfasser zeigt wohl
ohne weiteres an, dass die Fertigstellung der eingegangenen
Beitrage zeitgebundene Schwierigkeiten zu uberwinden hatte."
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