S. Zrnčević

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia

osvrtiNobelova nagrada za kemiju 2007. – dobitnik: Gerhard Ertl*za izuèavanje kemijskih procesa na èvrstim površinamaS. ZrnèeviæSveuèilište u ZagrebuFakultet kemijskog inÞenjerstva i tehnologijeZavod za reakcijsko inÞenjerstvo i katalizuSavska c. 16, 10 000 ZagrebNjemaèki znanstvenik GerhardErtl dobitnik je ovogodišnje No-belove nagrade za kemiju, kojamu je dodijeljena na 71. roðen-dan. Nagrada od 1,54 milijunadolara priznanje je profesoru Ertluza “njegov rad na podruèju ke-mijskih procesa na èvrstim povr-šinama“.ZasluÞan je za razvijanje metodo-logije kojom je pokazao kako serazlièite eksperimentalne tehnikemogu primjenjivati za dobivanjepotpune slike o promjenama kojese zbivaju na površinama èvrstihtijela, odnosno kako se ponašaju pojedini slojevi atoma ili moleku-la na površinama ekstremno èistih metala.Profesor Gunar fon Heine, iz Švedske kraljevske akademije zna-nosti, objasnio je znaèaj Ertlovih otkriæa: ”Još od gimnazije zamiš-ljamo da se kemijski procesi odvijaju u vodi ili zraku, dok se ustvarnosti mnogi, za znanost interesantni i za praktiènu primjenuveoma vaÞni kemijski procesi odvijaju na èvrstim površinama.Stvar je u tome da tvari na površini, tj. na granici faza, imaju druk-èija svojstva nago u svojoj unutrašnjosti. Stoga neke tvari olakšava-ju odvijanje kemijskih reakcija (koje inaèe idu vrlo teško) ako se nanjihovoj površini zbivaju Þeljene promjene“. Upravo je to principna kojemu se temelji djelovanje katalizatora, koji se danas nalazeu gotovo svim automobilima, i igraju kljuènu ulogu u kemijskoj isrodnim industrijama omoguæavajuæi proizvodnju Þeljenog pro-dukta na uèinkovit naèin uz neznatno nastajanje sporednog pro-dukta i ostalog otpada, štedeæi sirovine i energiju te osiguravajuæiekonomsku opravdanost procesa. “Takoðer, površinska kemijaodgovara i na pitanja zašto i kako Þeljezo hrða, koji su procesi izašto odgovorni za uništavanje ozonskog omotaèa, što se dešavaunutar poluvodièa u elektronièkim elementima, kako rade goriveæelije itd.Znanstvena istraÞivanja profesora Ertla koja zapoèinju šezdesetihgodina prošlog stoljeæa predstavljaju temelj moderne kemije èvr-stih površina, a njegov paÞljiv metodološki pristup postao je modelne samo za akademska istraÞivanja veæ i za razvoj industrijskihprocesa.“Svoj pristup meðu ostalim utemeljio je na izuèavanju Haber-Bo-schovog procesa sinteze amonijaka (procesa znaèajnog za dobi-vanje umjetnog gnojiva). Iako su za otkriæe procesa i njegovuindustrijsku provedbu zasluÞni nobelovci Haber (1918.) i Bosch(1931.), detaljni mehanizam reakcije tek je otkriven zahvaljujuæiradu profesora Ertla. Izuèavajuæi reakciju na molekularnom nivouprimjenjivao je vlastitu tehniku, pripravio je idealnu površinuÞeljeza koje je rabio kao katalizator, pri niskom tlaku je dodavaovrlo precizne kolièine plinova, primjenjivao je cijeli niz spektro-skopskih metoda da temeljito ispita ponašanje molekula na po-vršini te je izuèavao i povratnu reakciju disocijacije amonijakarabeæi teški vodik kao traser molekulu.Iz niza podataka koje je dobio primjenjujuæi razlièite tehnike, pro-fesor Ertl je bio u moguænosti da dobije cjelokupnu sliku Ha-ber-Boschovog procesa.H2 2 Had (1)N2 N2, ad 2 Ns (2)Ns + Had NHad (3)NHad + Had NH2, ad (4)NH2, ad + Had NH3, ad (5)NH3, ad NH3 (6)Otkrio je da je cijepanje molekule dušika na atome najsporiji stu-panj reakcije (jednadÞba (2)). Stoga, da bi se ubrzala sinteza amo-nijaka, potrebno je ubrzati cijepanje veze N–N. Kao što je po-znato, dodatak kalija kao promotora ubrzava ovaj najsporiji stu-panj, ali se tek na osnovi radova G. Ertla zna zašto.S l i k a 1 – Uloga kalija kao promotora u disocijacijskoj kemisor-pciji N2 na Fe-katalizatoruF i g. 1 – The action of potassium promoters in the dissociativechemisorption of N2 on Fe-catalystsNaime jako elektropozitivan kalij osigurava elektrone koji odlazena Þeljezo (katalitièki aktivna tvar), a zatim na adsorbiranu mo-lekulu dušika, èime se olakšava disocijacija molekule i na taj naèinubrzava reakcija.Osvrti, Kem. Ind. 56 (12) 669–670 (2007) 669* Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin, NjemaèkaU najranijoj fazi nekih heterogeno-katalitièkih reakcija zapaÞenoje da makroskopska kinetika ukazuje na oscilatornu brzinu reak-cije. To je jasan znak nelinearnog dinamièkog ponašanja sustava.Ti fenomeni posebice su izuèavani za kemijske reakcije koje su sezbivale u masi i 1977. godine belgijski fizièar Ilya Prigogine dobivaNobelovu nagradu “za svoj doprinos neravnoteÞnoj termodinami-ci, posebice teoriji disipativnih struktura”.Potaknut opaÞanjima oscilatornih brzina, profesor Ertl je Þelio naæiodgovor na pitanje: kakav se molekularni mehanizam krije izanelinearne kinetike i kakvi se drugi fenomeni mogu oèekivati osimoscilatorne kinetike?Za izuèavanje odabrao je drugu “klasiènu katalitièku reakciju”, ok-sidaciju ugljiènog monoksida kisikom na površini platine, procesakoji se zbiva u automobilskim katalitièkim konverterima. Ponovnoje pokazao da kombinacija cijelog niza metoda površinske fizike ikemije moÞe rezultirati razumijevanjem vrlo vaÞnih i kompleksnihkatalitièkih procesa. Otkrio je fenomen oscilatornih reakcija napovršini platine, a fotoemisijskom elektronskom mikroskopijom(PEEM) te difrakcijom elektrona male energije (LEED) dobio jeprve slike o strukturnim promjenama koje se zbivaju pri oksidacijiugljikova monoksida (slika 2).Ovim istraÞivanjima profesor Ertl je pokazao da se njegova meto-dologija moÞe primjenjivati ne samo za sustave kod kojih je kineti-ka odreðena najsporijim stupnjem (rate-limiting step) koji odre-ðuje brzinu reakcije, kao što je sluèaj kod Haber-Boschovog pro-cesa nego i za sustave u kojima dominira nelinearna dinamika (ok-sidacija CO u CO2).Profesor Gerhard Ertl je meðu prvima uoèio golemi tehnološkipotencijal površinske kemije. Njegovi mnogobrojni eksperimen-ti rasvijetlili su gotovo èitavo ovo podruèje. Stoga uglavnom izasvega što se uèi o površinskoj kemiji, kao i iza svih katalizatora uautomobilskim konverterima, te djelotvorne proizvodnje umjet-nih gnojiva, stoji ovaj veliki znanstvenik. Svojim sistematiènim idetaljnim istraÞivanjima stvorio je èvrstu osnovu za našu pre-dodÞbu o molekularnim procesima koji se zbivaju na površinièvrstih tvari.BiografijaProfesor Ertl roðen je 1936. u Štutgartu, Njemaèka. Doktorirao je1965. na Tehnièkom sveuèilištu u Minhen s temom Über die Ki-netik der Katalytischen Oxidation von Wasserstoff an Germani-um-Einkristallen. Od 2004. radi kao profesor emeritus u Zavoduza fizikalnu kemiju Fritz-Haberovog Instituta u Berlinu. Cjelovitabiografija profesora Ertla moÞe se pronaæi na http://www.fhi-ber-lin.mpg.de/670 Osvrti, Kem. Ind. 56 (12) 669–670 (2007)S l i k a 2 – Slika površine Pt dobivene fotoemisijskom elektronskom mikroskopi-jom. Tamne površine bogate su s CO, a svijetle s O2. Vremenska skala10 s, du-ljinska skala 0,1 mmF i g. 2 – Platinum surface imaged by photoemission electron microscopy. Darkareas are rich in CO while light areas are O2 rich. Time scale10 s, length scale0.1 mm

Osvrti: Nobelova nagrada za kemiju 2007 - dobitnik: Gerhard Ertl

HRČAK - Portal of Croatian Scientific and Professional Journals

osvrtiNobelova nagrada za kemiju 2007. – dobitnik: Gerhard Ertl*za izuèavanje kemijskih procesa na èvrstim površinamaS. ZrnèeviæSveuèilište u ZagrebuFakultet kemijskog inÞenjerstva i tehnologijeZavod za reakcijsko inÞenjerstvo i katalizuSavska c. 16, 10 000 ZagrebNjemaèki znanstvenik GerhardErtl dobitnik je ovogodišnje No-belove nagrade za kemiju, kojamu je dodijeljena na 71. roðen-dan. Nagrada od 1,54 milijunadolara priznanje je profesoru Ertluza “njegov rad na podruèju ke-mijskih procesa na èvrstim povr-šinama“.ZasluÞan je za razvijanje metodo-logije kojom je pokazao kako serazlièite eksperimentalne tehnikemogu primjenjivati za dobivanjepotpune slike o promjenama kojese zbivaju na površinama èvrstihtijela, odnosno kako se ponašaju pojedini slojevi atoma ili moleku-la na površinama ekstremno èistih metala.Profesor Gunar fon Heine, iz Švedske kraljevske akademije zna-nosti, objasnio je znaèaj Ertlovih otkriæa: ”Još od gimnazije zamiš-ljamo da se kemijski procesi odvijaju u vodi ili zraku, dok se ustvarnosti mnogi, za znanost interesantni i za praktiènu primjenuveoma vaÞni kemijski procesi odvijaju na èvrstim površinama.Stvar je u tome da tvari na površini, tj. na granici faza, imaju druk-èija svojstva nago u svojoj unutrašnjosti. Stoga neke tvari olakšava-ju odvijanje kemijskih reakcija (koje inaèe idu vrlo teško) ako se nanjihovoj površini zbivaju Þeljene promjene“. Upravo je to principna kojemu se temelji djelovanje katalizatora, koji se danas nalazeu gotovo svim automobilima, i igraju kljuènu ulogu u kemijskoj isrodnim industrijama omoguæavajuæi proizvodnju Þeljenog pro-dukta na uèinkovit naèin uz neznatno nastajanje sporednog pro-dukta i ostalog otpada, štedeæi sirovine i energiju te osiguravajuæiekonomsku opravdanost procesa. “Takoðer, površinska kemijaodgovara i na pitanja zašto i kako Þeljezo hrða, koji su procesi izašto odgovorni za uništavanje ozonskog omotaèa, što se dešavaunutar poluvodièa u elektronièkim elementima, kako rade goriveæelije itd.Znanstvena istraÞivanja profesora Ertla koja zapoèinju šezdesetihgodina prošlog stoljeæa predstavljaju temelj moderne kemije èvr-stih površina, a njegov paÞljiv metodološki pristup postao je modelne samo za akademska istraÞivanja veæ i za razvoj industrijskihprocesa.“Svoj pristup meðu ostalim utemeljio je na izuèavanju Haber-Bo-schovog procesa sinteze amonijaka (procesa znaèajnog za dobi-vanje umjetnog gnojiva). Iako su za otkriæe procesa i njegovuindustrijsku provedbu zasluÞni nobelovci Haber (1918.) i Bosch(1931.), detaljni mehanizam reakcije tek je otkriven zahvaljujuæiradu profesora Ertla. Izuèavajuæi reakciju na molekularnom nivouprimjenjivao je vlastitu tehniku, pripravio je idealnu površinuÞeljeza koje je rabio kao katalizator, pri niskom tlaku je dodavaovrlo precizne kolièine plinova, primjenjivao je cijeli niz spektro-skopskih metoda da temeljito ispita ponašanje molekula na po-vršini te je izuèavao i povratnu reakciju disocijacije amonijakarabeæi teški vodik kao traser molekulu.Iz niza podataka koje je dobio primjenjujuæi razlièite tehnike, pro-fesor Ertl je bio u moguænosti da dobije cjelokupnu sliku Ha-ber-Boschovog procesa.H2 2 Had (1)N2 N2, ad 2 Ns (2)Ns + Had NHad (3)NHad + Had NH2, ad (4)NH2, ad + Had NH3, ad (5)NH3, ad NH3 (6)Otkrio je da je cijepanje molekule dušika na atome najsporiji stu-panj reakcije (jednadÞba (2)). Stoga, da bi se ubrzala sinteza amo-nijaka, potrebno je ubrzati cijepanje veze N–N. Kao što je po-znato, dodatak kalija kao promotora ubrzava ovaj najsporiji stu-panj, ali se tek na osnovi radova G. Ertla zna zašto.S l i k a 1 – Uloga kalija kao promotora u disocijacijskoj kemisor-pciji N2 na Fe-katalizatoruF i g. 1 – The action of potassium promoters in the dissociativechemisorption of N2 on Fe-catalystsNaime jako elektropozitivan kalij osigurava elektrone koji odlazena Þeljezo (katalitièki aktivna tvar), a zatim na adsorbiranu mo-lekulu dušika, èime se olakšava disocijacija molekule i na taj naèinubrzava reakcija.Osvrti, Kem. Ind. 56 (12) 669–670 (2007) 669* Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin, NjemaèkaU najranijoj fazi nekih heterogeno-katalitièkih reakcija zapaÞenoje da makroskopska kinetika ukazuje na oscilatornu brzinu reak-cije. To je jasan znak nelinearnog dinamièkog ponašanja sustava.Ti fenomeni posebice su izuèavani za kemijske reakcije koje su sezbivale u masi i 1977. godine belgijski fizièar Ilya Prigogine dobivaNobelovu nagradu “za svoj doprinos neravnoteÞnoj termodinami-ci, posebice teoriji disipativnih struktura”.Potaknut opaÞanjima oscilatornih brzina, profesor Ertl je Þelio naæiodgovor na pitanje: kakav se molekularni mehanizam krije izanelinearne kinetike i kakvi se drugi fenomeni mogu oèekivati osimoscilatorne kinetike?Za izuèavanje odabrao je drugu “klasiènu katalitièku reakciju”, ok-sidaciju ugljiènog monoksida kisikom na površini platine, procesakoji se zbiva u automobilskim katalitièkim konverterima. Ponovnoje pokazao da kombinacija cijelog niza metoda površinske fizike ikemije moÞe rezultirati razumijevanjem vrlo vaÞnih i kompleksnihkatalitièkih procesa. Otkrio je fenomen oscilatornih reakcija napovršini platine, a fotoemisijskom elektronskom mikroskopijom(PEEM) te difrakcijom elektrona male energije (LEED) dobio jeprve slike o strukturnim promjenama koje se zbivaju pri oksidacijiugljikova monoksida (slika 2).Ovim istraÞivanjima profesor Ertl je pokazao da se njegova meto-dologija moÞe primjenjivati ne samo za sustave kod kojih je kineti-ka odreðena najsporijim stupnjem (rate-limiting step) koji odre-ðuje brzinu reakcije, kao što je sluèaj kod Haber-Boschovog pro-cesa nego i za sustave u kojima dominira nelinearna dinamika (ok-sidacija CO u CO2).Profesor Gerhard Ertl je meðu prvima uoèio golemi tehnološkipotencijal površinske kemije. Njegovi mnogobrojni eksperimen-ti rasvijetlili su gotovo èitavo ovo podruèje. Stoga uglavnom izasvega što se uèi o površinskoj kemiji, kao i iza svih katalizatora uautomobilskim konverterima, te djelotvorne proizvodnje umjet-nih gnojiva, stoji ovaj veliki znanstvenik. Svojim sistematiènim idetaljnim istraÞivanjima stvorio je èvrstu osnovu za našu pre-dodÞbu o molekularnim procesima koji se zbivaju na površinièvrstih tvari.BiografijaProfesor Ertl roðen je 1936. u Štutgartu, Njemaèka. Doktorirao je1965. na Tehnièkom sveuèilištu u Minhen s temom Über die Ki-netik der Katalytischen Oxidation von Wasserstoff an Germani-um-Einkristallen. Od 2004. radi kao profesor emeritus u Zavoduza fizikalnu kemiju Fritz-Haberovog Instituta u Berlinu. Cjelovitabiografija profesora Ertla moÞe se pronaæi na http://www.fhi-ber-lin.mpg.de/670 Osvrti, Kem. Ind. 56 (12) 669–670 (2007)S l i k a 2 – Slika površine Pt dobivene fotoemisijskom elektronskom mikroskopi-jom. Tamne površine bogate su s CO, a svijetle s O2. Vremenska skala  10 s, du-ljinska skala  0,1 mmF i g. 2 – Platinum surface imaged by photoemission electron microscopy. Darkareas are rich in CO while light areas are O2 rich. Time scale  10 s, length scale 0.1 mm

Osvrti: Nobelova nagrada za kemiju 2007 - dobitnik: Gerhard Ertl

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia

HRČAK - Portal of Croatian Scientific and Professional Journals