30 Nanoteknologiske Horisonter
|
|
- Pernille Kjærgaard
- 7 år siden
- Visninger:
Transkript
1 30
2 KAPITEL 3 Designerpartikler forbedrer katalyse Fysik Ole Lynnerup Trinhammer, Nanoteket, Institut for Fysik Ib Chorkendorff, Martin Johansson, Gunver Nielsen, Jane Hvolbæk Nielsen, Rasmus Munksgård Nielsen, Jakob Schiøtz, Lasse Bjørchmar Thomsen, Center for Individual Nanoparticle Functionality, Institut for Fysik Britt Hvolbæk Larsen, NanoDTU Thomas Bligaard, Center for Atomic-scale Materials Design, Institut for Fysik Katalyse spiller en central rolle i moderne industri. Stort set alle vores kemikalier, plastik og brændstoffer bliver fremstillet ved hjælp af katalysatorer, der sætter gang i de kemiske reaktioner. Ved hjælp af katalyse fremstiller vi kunstgødning til landbruget og renser bilernes udstødningsgas. Men trods den udbredte brug af katalyse er det først inden for de senere år, at fysikere og kemikere er begyndt at forstå, hvad der sker inden i katalysatorerne. Det har til deres store overraskelse blandt andet vist sig, at materialer, som man slet ikke troede kunne bruges til katalyse, faktisk er fantastiske katalysatorer, når de blot laves i nanostørrelse. Men nanostørrelse gør det ikke alene. Antallet og formen af partiklernes kanter og hjørner er faktisk endnu vigtigere for, hvor god katalysatoren er. Forskerne bruger deres nye viden til at designe bedre katalysatorer, som sparer på energien og bekæmper forurening. I dette kapitel kan du læse om fysikken bag katalyse og arbejdet med at udvikle mere effektive katalysatorer. Takket være avancerede mikroskoper, følsomme målemetoder og supercomputere, der udfører store og tidskrævende beregninger, er forskernes forståelse af katalytiske processer helt ned på det atomare niveau vokset enormt de seneste årtier. Den nye viden bruges til at designe endnu bedre katalysatorer. Katalysatorer fremmer kemiske reaktioner Ordet katalysator kender du måske bedst som betegnelse for den del af en bil, der renser motorens udstødningsgas. Eller du har måske hørt ordet brugt om en person, der sætter gang i arbejdet, en idemager og initiativtager. Ordet katalyse stammer fra græsk og betyder at binde eller samle noget op. I fysik og kemi bruges ordet katalysator om et stof, der 31
3 øger hastigheden af en kemisk reaktion uden selv at blive forbrugt (boks 1). For eksempel kan man ved at tilsætte aluminium (Al), calcium (Ca) og kalium (K) til porøst jern fremstille en katalysator, der fremmer dannelsen af ammoniak (NH 3 ) fra nitrogen (N 2 ) og hydrogen (H 2 ) (boks 2). Man kan også producere elektricitet ved hjælp af katalyse. I en brændselscelle fremstilles elektricitet ved at lade hydrogen og oxygen reagere med platin som katalysator. Endelig bruges katalysatorer til at fjerne giftige stoffer fra eksempelvis bilernes udstødningsgas (boks 3). Boks 1. Katalyse: Begreber og definitioner En katalyse er en kemisk reaktion, hvor der medvirker en katalysator. Katalysatoren får reaktionen til at foregå hurtigere og/eller med mindre energiforbrug uden selv at blive forbrugt i reaktionen. Ordet katalysator bruges i nogle tilfælde om hele det apparat, hvor katalysen foregår. I kemiske processer, som kan forløbe i begge retninger, er det forskelligt, hvilken katalysator der virker bedst i den ene og den anden retning. Reaktanter Omformer Produkter Katalysator Figur 1. En katalysator består af et porøst bæremateriale med katalytisk aktive nanopartikler (billede til højre) på overfladen. Katalysatoren kan sammenlignes med en tavlesvamp med kridtstøv i. Kridtstøvet inde i svampen er et billede på de aktive nanopartikler. Katalyse har været kendt og brugt siden starten af 1800-tallet, men det var først i slutningen af århundredet, at forskerne begyndte at få en teoretisk forståelse af de katalytiske processer. Det skyldes blandt andet, at det er svært at måle, hvad der foregår inde i en katalysator. For at forstå i detaljer, hvad der foregår, må man have direkte adgang til processerne. I dag kan man bygge og undersøge modelsystemer i laboratoriet, der består af få millioner nanopartikler, som igen består af helt ned til atomer, og derefter sammenligne resultaterne med de beregninger, som teoretikerne laver på deres supercomputere (figur 2). Derved får forskerne en meget større viden om de reaktionsbetingelser og materialer, der kan forbedre katalysen. 32
4 Designerpartikler forbedrer katalyse Figur 2. Forskerne bruger avanceret måleudstyr (venstre) og supercomputere (højre), når de undersøger og regner på katalytiske processer. Boks 2. Fremstilling af ammoniak ved katalyse Ammoniak (kunstgødning) fremstilles ved en reaktion mellem nitrogen og hydrogen under højt tryk. Processen kaldes for Haber-Bosch-metoden opkaldt efter de to tyske kemikere Fritz Haber og Carl Bosch, som opdagede ammoniaksyntesen i 1909, mens de arbejdede for BASF. Indtil da kom al kunstgødning fra guano, fugleekskrementer, som man opsamlede fra klipper i Chile. Med opdagelsen af Haber-Bosch-processen steg produktionen af kunstgødning nærmest eksplosivt. Nitrogen er en forudsætning for plantevækst og kommer foruden fra bakterier i jorden også fra kunstgødning, som er uundværlig, for at landbruget kan producere så store mængder afgrøder, som de gør i dag. I figur 3 kan du se udviklingen i forbruget af kunstgødning og befolkningstilvæksten fra opfindelsen af Haber-Bosch-metoden og til Befolkningstal (mia.) Haber & Bosch 1950 År Forbrug af kunstgødning (megaton) Figur 3. Siden Haber-Bosch-metoden blev opfundet i 1909, er brugen af kunstgødning steget enormt. Samtidig er jordens befolkning steget fra ca. 1,7 milliarder til over 6 milliarder. Det skønnes, at brugen af kunstgødning giver mad til 2-3 milliarder mennesker ekstra. 33
5 Cirka 1 % af verdens samlede energiproduktion bruges til fremstilling af kunstgødning, samtidig med at der udledes 160 millioner tons carbondioxid (CO 2 ) om året som spildprodukt. Derfor forskes der intensivt i at forbedre den katalytiske proces i ammoniakfremstilling. Det er allerede lykkedes at nedbringe det enorme energiforbrug væsentligt, men der skal mere til. I dag fremstilles omkring 60 % af verdens kunstgødning i øvrigt ved hjælp af teknologi fra den danske virksomhed Haldor Topsøe (figur 4). Figur 4. En kemisk reaktor fra Haldor Topsøe på vej til et ammoniakanlæg i Indien. Boks 3. Bilkatten Siden 1989, hvor bilkatalysatorer blev lovpligtige, er forureningen i mange storbyer blevet væsentlig mindre (figur 6). I katalysatoren (figur 5) omdannes skadelige nitrogenoxider (NO x ), som opstår i motoren, til gasserne N 2 og CO 2 samt vand: NO x + CO + C y H z N 2 + CO 2 + H 2 O (Katalysator: rhodium og platin på keramik) Udgang motor Bilkat Udstødningsrør A B C D Figur 5. Katalysatoren kaldes for en bilkat og sidder på undersiden af bilen. Udstødningsgassen passerer fra motoren gennem bilkatten og til sidst ud af udstødningsrøret (venstre). I bilkattens (a) fintmaskede struktur (b og c) sidder der nanopartikler (d), som katalyserer omdannelsen af NO x. 34
6 Designerpartikler forbedrer katalyse NO x i g/m 3 98%-percentil København/1257 København/1103 Århus/6153 Odense/9155 Aalborg/ Figur 6. Smuk by eller smog-by? Smog over Los Angeles. Smog består blandt andet af NO x er, og takket være bilkatalysatorer er smoggen i dag væsentligt mindre i mange storbyer. Til højre ses en graf over mængden af NO x i luften i forskellige danske byer. Fra 1989, hvor katalysatorer blev påbudt i nye biler, faldt NO x -forureningen væsentligt. Kilde: Kåre Kemp, DMU. Heterogen katalyse I de tre nævnte processer, produktionen af ammoniak, strøm og omdannelsen af giftige stoffer, leder man typisk de gasser, der skal reagere, hen over en katalysator af fast stof. Det kaldes for heterogen katalyse i modsætning til homogen katalyse, hvor alle stoffer er på samme tilstandsform, for eksempel gas. Fordelen ved en heterogen katalyse er, at man kan lede gasser eller væsker hen over katalysatoren, som er et fast stof, uden at katalysatoren blander sig med produktet. Det betyder, at den katalytiske reaktion kan foregå løbende og produktet straks er klar til videre behandling, uden at katalysatoren først skal filtreres fra. Figur 7 illustrerer en heterogen katalyse mellem molekylerne A og B. Ved at binde reaktanterne til overfladen får katalysatoren reaktionen til at forløbe hurtigere end hvis molekylerne skulle reagere alene. Tilsammen danner A og B produktet P, som efterfølgende gøres fri af katalysatoroverfladen. Herefter kan processen gentages med nye molekyler A og B. I energidiagrammet i figur 7 kan man se, at produktet har en lavere energi, end de to molekyler havde hver for sig. Man kunne derfor tro, at processen forløb af sig selv under varmeafgivelse. Men i mange tilfælde optræder mellemtilstande med højere energi undervejs, fordi bindingerne mellem atomerne i molekylerne skal brydes, før de kan finde sammen i nye molekyler. Mellemtilstandene optræder så at sige som bjerge i landskabet langs reaktionsvejen. Fidusen ved katalysatoren er, at den sænker energien i mellemtilstandene ved at lede reaktionen ad veje uden om de største bjerge. Til gengæld skal der så bruges lidt energi til at løfte produktet fri af katalysatoren, men det vil ofte være en mindre pris at betale. 35
7 A B katalysator binding A katalysator løsrivelse B P katalysator reaktion P Figur 7. Venstre: Illustration af katalyse mellem molekylerne A og B. Højre: Energidiagram for reaktionen mellem molekylerne A og B. På y-aksen ses energiniveauerne i de forskellige reaktionstrin. Katalyse på hjørner og kanter Katalyse har været kendt i snart 200 år, og katalysatorerne er hele tiden blevet forbedrede. De sidste hundrede år har den almindeligt accepterede antagelse været, at når man først havde fundet det bedste katalysatormateriale, gjaldt det blot om at have så stor en katalysatoroverflade som muligt. Man regnede derfor med, at når man blot kværnede materialet til mindst mulige partikler og derved fik størst muligt overfladeareal, havde man også den mest effektive katalysator. Men med indførelsen af fysiske målemetoder, som for eksempel Skanning Tunnel Mikroskopet (STM) i 1981, kunne man begynde at studere, præcis hvor på de katalytiske partikler reaktionerne faktisk sker. Man har for nylig opdaget, at de aktive steder findes på kanterne eller hjørnerne af de enkelte katalysatorpartikler. I mange tilfælde har det vist sig, at det er partikler i nanostørrelse, der har flest af de rigtige steder og dermed størst katalytisk aktivitet. Potentiel energi A B katalysator A A B katalysator B katalysator binding reaktion løsrivelse Tilstand P P P katalysator CO per Au (mmol/g/sek) Al 20 3 Fe 20 3 MgAl 20 4 SIO 2 TIO 2 Hjørne Diameter guldpartikler (nm) Beregnet andel Au-atomer på hjørner Figur 8. Gulds katalytiske aktivitet afhænger af antallet af partikelhjørner. Målepunkterne viser gulds katalytiske aktivitet ved omdannelsen af CO til CO 2 (på forskellige oxidoverflader) som funktion af guldnanopartiklernes størrelse. Jo mindre partikler, desto større aktivitet. Kurven viser en teoretisk beregning af andelen af hjørner på guldpartiklerne som funktion af deres størrelse i et givent volumen materiale. Jo mindre partikler, des højere bliver andelen af hjørner i forhold til partiklernes samlede overflade. De eksperimentelle målepunkter og den fuldt optrukne beregnede kurve følges ad, hvilket bekræfter, at den katalytiske aktivitet afhænger af antallet af hjørner på guldnanopartiklerne. 36
8 Designerpartikler forbedrer katalyse Et eksempel på katalytisk aktive nanopartikler, der overraskede forskerne, er guldnanopartikler. Guld er jo et ædelmetal og derfor meget lidt reaktionsvilligt. Normalt betyder det, at materialet også er en dårlig katalysator. En god katalysator binder stoffer til sin overflade, fastholder dem der, mens de reagerer, og slipper dem så igen. For at det kan lade sig gøre, skal materialet have en vis reaktionsvillighed. Det var derfor en stor overraskelse, da den japanske kemiprofessor Masataka Haruta først i 1980 erne ved hjælp af guldpartikler, der var ca. 2-5 nm store, fremskyndede reaktionen mellem CO (carbonmonooxid) og O 2. Guldpartikler er altså katalytiske, når de er i nanostørrelse, mens de er inaktive i mikroskopiske og makroskopiske størrelser. Punkterne på grafen i figur 8 viser, at den katalytiske aktivitet af guldnanopartiklerne stiger (venstre y-akse), jo mindre partiklerne er. I deres søgen efter forklaringen på nanoguldpartiklernes overraskende egenskaber lavede forskerne en beregning af antallet af hjørner på et antal partikler med varierende størrelse, men med det samme totale volumen. Som du kan se i figur 9, kan en stor terning med otte hjørner inddeles i 8 mindre terninger med samme totalvolumen, men nu med 64 hjørner, hvis terningerne skilles ad. Tilsvarende har nanoguldpartikler tilsammen langt flere hjørner end større guldpartikler med det samme totale volumen. Hvis den katalytiske reaktion sker på hjørnerne af en partikel, er det klart, at aktiviteten bliver større. Historien om guldnanopartiklernes aktivitet er et eksempel på den nye viden om katalytiske reaktioner og materialer, som man har fået i de senere år, og som blandt andet skyldes opfindelsen af STM. Figur 9. Små partikler har tilsammen langt flere hjørner og kanter end en stor partikel med samme totale volumen. På andre typer partikler, for eksempel ruthenpartikler, har det vist sig, at det er kanter frem for hjørner, der er afgørende for den katalytiske aktivitet. Figur 10 illustrerer et forsøg, hvor forskerne har målt aktiviteten på en ruthenoverflade med og uden blokering af overfladens kanter. Aktiviteten er gange højere på den overflade, hvor kanterne er frie (illustreret ved den blå kurve), sammenlignet med den samme overflade, hvor kanterne er blokeret af ikke-reaktive guldatomer (den røde kurve). Det betyder, at det må være ved kanterne, at reaktionen først og fremmest foregår. Figur 11 viser en model af en nanopartikel med et fremhævet aktivt sted. Forskellige aktive steder har forskellige egenskaber afhængigt af den måde, atomerne er stablet oven på hinanden. 37
9 sandsynlighed for spaltning pr N2-molekyle der rammer overfladen ren Ru E a=0.4 ev Figur 10. Målinger af den katalytiske aktivitet ved spaltning af nitrogen på en ruthenoverflade med (blå kurve) og uden (violet kurve) blokering af kanter med ikke-reaktive guldatomer (gule) % Au på Ru E a = 1.3 ev /T (1/K) Koldere Forklaringen på dette fænomen er, at der ved kanterne er flere forskellige bindingsmuligheder end på den plane overflade, dels fordi antallet af kanter varierer, og dels fordi opbygningen af de enkelte kanter også er forskellige (figur 11). Og det er der netop brug for i katalysen. Når for eksempel methan (CH4) skal spaltes til CH3 og H som led i hydrogenfremstilling, skal der både være et sted, der letter spaltningen og samtidig stabiliserer CH3, og et andet sted, der holder på hydrogenatomet, indtil det finder sammen med et andet hydrogenatom og danner H2 en proces, som måske lettes af et tredje aktivt sted på overfladen. Figur 11. Kantgeometri. Kanters geometri varierer, og dermed varierer bindingsmulighederne for molekylerne i en kemisk reaktion også. Kanten på venstre billede har samme geometri som det spidse venstre hjørne ( kl. 9 ) på nanopartiklen til højre, mens kanten på det midterste billede svarer til det fremhævede sted på nanopartiklen, som har vist sig at være et aktivt sted. Overfladeenergien afgør formen Partiklernes aktivitet afhænger altså af, hvilke typer kanter de har. Kanttyperne afhænger til gengæld af partiklens størrelse og form. Og formen på en nanopartikel er ikke konstant. Den afhænger af, hvilke gasser der er over den overflade, partiklerne ligger på. Nanopartikler, der ligger på en overflade, opfører sig nemlig sådan, at de minimerer energien for partikel og overflade som helhed. I nogle tilfælde sker det ved, at partiklen trækker sig sammen til en facon, der kun rører overfladen minimalt. I andre tilfælde sker det ved, at partiklen flyder ud som en tynd hinde på overfladen. Den øverste del af figur 12 viser tre billeder taget med et Transmissions Elektronmikroskop (TEM) af kobbernanopartikler (Cu) på en overflade af zinkoxid (ZnO) i forskellige typer gasatmosfærer. Man kan se, 38
10 Designerpartikler forbedrer katalyse at partiklerne har forskellig form på de tre billeder, afhængig af hvilken gas der bruges i forsøget. Efterhånden har forskerne en god forståelse af overfladekræfterne, der bestemmer partiklernes form, og de kan derfor på forhånd beregne, hvilken form partiklerne vil antage. Den nederste del af figur 12 viser tegninger af sådanne teoretiske beregninger af de tilsvarende partiklers form. Beregningerne bygger på en såkaldt Wulff-konstruktion, hvor man finder frem til partiklens form ved at lave en teoretisk model af partiklen på overfladen og derefter minimere overfladeenergien af både partiklen og overfladen samt grænsefladeenergien for grænsen mellem dem. H 2 H 2 0:H 2 = 1:3 5 % CO i H 2 Figur 12. TEM-billeder af kobberpartikler på zinkoxid (Cu/ZnO). Over hvert billede er anført, hvilken gas der er over partiklerne. Partiklens form afhænger af gassen. Nederst er teoretiske beregninger af partiklens form (tal refererer til forskellige krystalstrukturer). Ammoniakfremstilling modeller fremmer forståelsen I industrien fremstiller man ammoniak til kunstgødning ved at udskille hydrogen fra naturgas og lade det reagere med nitrogen fra luften og danne ammoniak. I bruttoreaktionen for ammoniaksyntesen reagerer et nitrogenmolekyle med tre hydrogenmolekyler via en katalysator. N 2 + 3H 2 2 NH 3 (porøst jern med Al, Ca og K) (*) Energiforbruget ved denne proces er stærkt afhængigt af hvilken katalysator man bruger. Som nævnt går 1 % af verdens energiforbrug i øjeblikket til ammoniakproduktion, så der er store besparelser at hente ved at optimere processen. Hvis man skal gøre sig håb om at optimere katalysen, må man forstå processen til bunds. Derfor arbejder forskerne med at opstille modeller for, hvordan reaktionen foregår i katalysatoren. For eksempel opdeler man ammoniaksyntesen (*) i nedenstående 11 trin (fire trin forløber to gange), der beskriver, hvordan de enkelte atomer spaltes fra og sættes sammen til molekylerne i slutproduktet: 39
11 N 2 + * N 2 * (1) N 2 * + * 2N * (2) 3H 2 + 6* 6 H * (3) N * + H* NH * + * (4) : : NH * + H * NH 2 * + * (5) : : NH 2 * + H * NH 3 * + * (6) : : NH 3 * NH 3 + * (7) : : Stjernerne angiver aktive steder på katalysatoroverfladen, og : : betyder, at reaktionens fire sidste trin hver gentages én gang. Modellen kaldes mikrokinetisk, fordi den beskriver reaktionerne på atomart niveau. I første trin (1) bindes et N 2 -molekyle (adsorberes) til et aktivt sted (*) på katalysatoroverfladen. I (2) reagerer det adsorberede molekyle med et nyt aktivt sted, der hjælper med at spalte molekylet i to N-atomer, som nu sidder på hvert sit aktive sted. I (3) spaltes tre H 2 -molekyler på tilsvarende måde. Herefter reagerer tre H-atomer efter tur med henholdsvis N, NH og NH 2 (4-6), og det dannede NH 3 frigøres til sidst fra katalysatoroverfladen (7). De sidste fire trin gentages for det andet N-atom, og resultatet er bruttoreaktionen (*) fra starten af dette afsnit. Når man har splittet reaktionen op i de enkelte trin, kan man regne på for eksempel energiforbruget i de enkelte trin og på den måde få en større forståelse for, hvordan man kan reducere energiforbruget. Figur 13 viser energien af mellemtilstandene i ammoniaksyntesen beregnet på DTU s supercomputer Niflheim for de 11 trin i modellen. Den blå kurve viser forløbet af reaktionen på en plan ruthenoverflade. Den røde kurve viser forløbet af samme reaktion på en overflade med kanter. De lavere bakker på den nederste kurve betyder, at reaktionen foregår hurtigere, på grund af kanterne. På den måde har man altså ved at opstille en model og regne på den lært, at man kan optimere processen ved at bruge katalysatorpartikler med flere kanter. Energi (ev/j) / molekyle ev aj 2 1 0,2 N NH 3-1 0,2-2 0,4 3H 2 NH 3-3 0, ,8 *+ N2 + 3H2 N2 * + 3H2 2N * + 3H2 2N * + 6H* N * + NH* + 5H* N * + NH2 * + 4H* N * + NH3 * + 3H* N * + NH3 + 3H* NH * + NH3 + 2H* NH2 * + NH3 + H* NH3 * + NH3 * + 2NH3 Figur 13. De beregnede energier af mellemtilstandene i ammoniaksyntesen. Katalyse af NH 3 -syntese er mere energikrævende på en plan ruthenoverflade (blå) end på en overflade med kanter (rød). 40
12 Designerpartikler forbedrer katalyse Jagten på den ideelle katalysator I forsøget på at finde den bedste katalysator for ammoniaksyntesen har fysikerne beregnet forskellige materialers aktivitet (boks 4). I det såkaldte vulkanplot (figur 14) (fordi det ligner en vulkan) er reaktionsraten for dannelsen af NH 3 på forskellige katalysatoroverflader sat ind som funktion af bindingsenergien for nitrogen til overfladen. På grafen kan man se, at de katalytiske metaller, der ligger til venstre for vulkantoppen, er meget reaktive med N 2, men det betyder samtidigt, at NH 3 bindes (for) kraftigt til metaloverfladen i stedet for at hoppe af, når det er blevet dannet. På højre side af toppen slipper NH 3 let, men reaktionsraten er for lille. Den ideelle katalysator vil ligge på toppen af vulkanen, fordi reaktionsraten for NH 3 her er høj, samtidig med at det er tilstrækkeligt løst bundet til katalysatoroverfladen til, at det let løsrives efter dannelsen. For eksempel ligger ruthen tæt på toppen og er derfor en god katalysator. Men for at komme endnu tættere på vulkantoppen og den perfekte katalysator arbejder man med legeringer i stedet for rene metaller. For eksempel har en legering af kobolt og molybdæn (CoMo) vist sig at have gode katalytiske egenskaber. Hvis man tager prisen med i betragtningen, er jern (Fe) dog indtil videre den bedste katalysator for ammoniaksyntesen. Figur 14. Vulkanplot for reaktionsraten i ammoniaksyntese på forskellige katalysatoroverflader. Bindingsenergien af N 2 til metaloverfladen vokser mod venstre. Her reagerer metallerne let med N, hvilket desværre også resulterer i, at NH 3 bliver siddende på de aktive steder efter dannelsen. Til højre slipper NH 3 let, men reaktionsvilligheden er lille, det vil sige, der dannes ikke ret meget NH 3. Ruthen og legeringen CoMo ligger til gengæld tæt ved toppen af vulkanen og er således gode katalysatorer. Antal NH 3 dannet per sted per tidsenhed Mo Fe CoMo -1.0 Ru Os -0.5 Co Ni 0.0 ev aj Bindingsenergi E (ev/n 2 ) Boks 4. Aktivitet og reaktionsrate For at afgøre hvor effektiv en katalysator er for en given reaktion, ser man på reaktionsraten for reaktionen ved tilstedeværelse af katalysatoren. Det kunne for eksempel være reaktionen mellem H 2 og N 2 i NH 3 -syntesen (*). De beregnede reaktionsrater med forskellige katalysatorer er vist i vulkanplottet i figur 14. Den samlede reaktionsrate for en reaktion angiver, hvor mange molekyler der omdannes per aktivt sted per tidsenhed. Ser vi for eksempel på spaltningen af gassen N 2, kan reaktionsraten r skrives som: r = K p N2 θ * 2 hvor K er hastighedskonstanten, p er gastrykket, der er et mål for molekyltætheden af N 2, og θ * er et tal mellem 0 og 100 %, som angiver andelen af ledige aktive steder på katalysatorens overflade. Bemærk at θ * er kvadreret, da der skal bruges et sted til hvert af de to N-atomer i N 2, som vist i reaktionsligning (2) på side 40. Tilsvarende 41
13 er der behov for aktive steder til at holde på de færdige NH 3 -molekyler. For disse molekyler falder θ *, jo større bindingsenergien er, fordi de færdige molekyler bliver siddende på de aktive steder i stedet for at hoppe af, når de er dannet. Det er det, der giver vulkanens venstre skråning i figur 14. Hastighedskonstanten K afhænger af aktiveringsenergien E a på følgende måde: K = f e E a kt Man kan opfatte aktiveringsenergien som en bakke, processen skal hen over. Forfaktoren f kan være forskellig for de forskellige trin i syntesen, ligesom aktiveringsenergien er det. Eksponentialfaktoren kaldes Boltzmannfaktoren, hvor k er Boltzmanns konstant (= 1,38 x J/K), og T er temperaturen målt i kelvin. Afhængigheden af aktiveringsenergien er ganske kraftig, fordi den optræder i eksponenten i denne faktor. Jo større aktiveringsenergi, des mindre hastighedskonstant. Det giver vulkanens højre skråning i figur 14. Fremstilling af nanopartikler Et vigtigt værktøj til fremstilling af nanopartikler er en klyngekilde, som er vist i figur 15 og 16. Det centrale sted i kilden er en metalskive, som beskydes med ioner. Ionerne river metalatomer løs fra skiven, og disse atomer samler sig i større og større klynger, der ender med at blive til nanopartikler af forskellig størrelse. Partiklerne sorteres efter størrelse i en elektrisk kvadrupol som den der er illustreret i figur 17. Kvadrupolen har fire poler, to plus- og to minuspoler, der er placeret diagonalt over for hinanden. Ved at lægge en varierende spænding over polerne skaber man et elektromagnetisk felt af en bestemt størrelse, der dirigerer de ladede nanopartikler igennem kvadrupolen. Kun de partikler med det ønskede forhold mellem ladning og masse får lov at passere, mens resten sorteres fra. Karakterisering af nanopartikler Efter sorteringen undersøges nanopartiklernes katalytiske aktivitet ved at deponere dem på en katalytisk inaktiv overflade. Man kan studere de deponerede nanopartikler både før, Køling Gas Gas Prøve Gas Gas Klyngedannelse Nanopartikler Deponeringsflade Figur 15. Klyngekilde. Argongas (Ar) strømmer ind fra venstre. Prøven er den orange skive, som påføres en negativ spænding på nogle hundrede volt. Ved at bombardere skiven med positive Ar-ioner, slås atomer løs fra prøven. Atomerne føres af gassen mod højre, mens de klumper sig sammen til større og større klynger, nanopartikler. 42
14 Designerpartikler forbedrer katalyse Figur 16. Et kig ind mod klyngekilden, mens partikeldannelsen er i gang. Det blå skær stammer fra blandingen af ioner og elektroner (et plasma) i kammeret. Farven afhænger af, hvilke stoffer der er i kammeret, her er det kobberpartikler og Ar-gas. under og efter en katalytisk reaktion. For eksempel er det interessant at kigge på partiklerne før og efter den katalytiske reaktion. Nogle gange sker der nemlig det, at der lægger sig en hinde af et eller flere af de reaktive stoffer oven på nanopartiklerne, som derfor mister deres katalytiske aktivitet. Hvis det sker, er katalysatoren ubrugelig. Hele undersøgelsen foregår i et vakuumkammer, hvor der er monteret både et Skanning Elektronmikroskop (SEM) og et Skanning Tunnel Mikroskop (STM). Ved hjælp af mikroskoperne, kan forskerne undersøge partiklernes form. Først laver man et oversigtsbillede med et SEM, og derefter zoomes der ind med et STM på særligt interessante steder (figur 18). Figur 17. Kvadrupol. Vekselspændinger styrer nanopartikler med en bestemt masse gennem kvadrupolen, mens de øvrige slynges ud. m 1 m 2 -U+V cos (ωt) m 3 U-V cos (ωt) Figur 18. Ruthenpartikler på carbonoverflade. Venstre: Oversigtsbillede taget med SEM. Højre: STM-nærbillede. Felterne på billedet er 2,5 nm. Fremmede partikler findes med røntgenstråling For at undersøge nanopartiklernes overflade for eksempelvis forurening med fremmede partikler eller ændringer i overfladens sammensætning bruger man et røntgeninduceret fotoelektronspektrometer (XPS = X-ray induced Photoelectron Spectrometer). Spektrometret virker ved fotoelektrisk effekt: Det skyder energirige røntgenfotoner ned mod overfladen, hvor de trænger ind og slår elektroner løs fra forskellige tilstande i atomerne (figur 19). De løsslåede elektroners energi fortæller, hvor stærkt de var bundet, og dermed hvilke 43
15 stoffer de kommer fra. Den kinetiske energi af en løsslået elektron er givet ved Einsteins fotoelektriske ligning: E kin = hf-a L1 hvor f er røntgenstrålingens frekvens, h er Plancks konstant (= 6,63 x J/Hz), og A er løsrivelsesarbejdet, som er et mål for, hvor meget energi elektronen taber på vej ud af stoffet. Figur 19. Fotoelektrisk effekt. Elektronens energi, når den forlader overfladen, fortæller, hvor stærkt den var bundet, og dermed hvilket stof den kommer fra. Røntgenfoton Fotoelektron De løsrevne elektroner sendes ud gennem overfladen af materialet med forskellig energi afhængigt af, hvor stærkt de sad bundet i de atomer, de hørte til. Bindingsenergien og dermed også løsrivelsesarbejdet A er forskellig i forskellige atomer. Det betyder, at man kan bestemme, hvilke atomer der er i overfladen ved at måle energien af elektronerne, når de kommer ud. Figur 20 viser et eksempel på et spektrum fra en guldoverflade. 4f 4d 4p 4s 3d 3p 3s 2p 2s 1s hf Vakuum A N A M A L2 A L1 A K Intensitet i fotoelektroner pr. sek Au 4f Au 4f Au 5p 3/2 5/2 Au 4d 5/2 Au 4d 3/2 Au 4p3/2 O 1s Au 4p Au 4s O (KVV) ev aj Bindingsenergi i aj og ev 1/2 Figur 20. Spektrum af løsrevne elektroner fra guldoverflade (Au). Blandt guldatomerne har der sneget sig lidt forurening ind i form af oxygen (O) på overfladen. De viste guldtoppe kommer fra forskellige elektrontilstande i fjerde skal. 44
16 Designerpartikler forbedrer katalyse Designerpartikler Vi har nu set, hvordan fysikerne er begyndt at forstå detaljerne i katalyse meget bedre. At det ikke kun er katalysatorpartiklernes størrelse, der har betydning, men i høj grad også deres form, kanter og hjørner. At katalysatorer kan lede reaktioner ad nye veje, der giver større udbytte, fordi de er enten hurtigere eller mindre energikrævende eller begge dele. At man kan styre dannelsen af nanopartikler og studere de reaktioner, partiklerne giver anledning til, på forskellige overflader ved spektroskopiske metoder. Den teoretiske forståelse af katalyse er især vokset frem af muligheden for at gennemregne reaktionerne trin for trin på kraftige supercomputere. I den kemiske industri har man længe vidst, at det var katalysatorernes overflader, der var aktive, men det er en nyere indsigt, at det er specielle steder på disse overflader, der er afgørende. Den nye viden skyldes udviklingen i overfladefysiske målemetoder såsom Skanning Tunnel mikroskopi og røntgeninduceret fotoelektronspektroskopi, der gør det muligt at undersøge overflader på atomar skala. Efterhånden kan forskerne fysisk måle flere og flere af de grundlæggende størrelser, såsom bindingsenergier, der indgår i de teoretiske beregninger, og dermed kan de også sammenligne de teoretiske beregninger med de eksperimentelle målinger. Det giver dem en meget større og mere detaljeret forståelse af de katalytiske processer. Designede nanopartikler kan virke som tekniske enzymer, der styrer eksempelvis produktion af kemikalier med mindre spild og energiforbrug. Hvis forståelsen af katalyse på nanoskala fortsætter med at vokse, øjner vi i horisonten muligheden for at designe katalysatorer til nøjagtigt de formål, vi ønsker. Kapitlets forfattere. Bagerst fra venstre: Adjunkt Thomas Bligaard, Ph.d.-studerende Lasse Bjørchmar Thomsen, Ph.d.-studerende Rasmus Munksgård Nielsen, Lektor Jakob Schiøtz, Professor Ib Chorkendorff, Vicecenterleder Britt Hvolbæk Larsen. Forrest fra venstre: Adjunkt Martin Johansson, Lektor Jane Hvolbæk Nielsen, Nanotekar Ole Lynnerup Trinhammer, Ph.d.-studerende Gunver Nielsen. 45
Reaktionsmekanisme: 3Br 2 + 3H 2 O. 5Br - + BrO 3 - + 6H + Usandsynligt at alle 12 reaktantpartikler støder sammen samtidig. ca.
Reaktionsmekanisme: 5Br - + BrO 3 - + 6H + 3Br 2 + 3H 2 O Usandsynligt at alle 12 reaktantpartikler støder sammen samtidig ca. 10 23 partikler Reaktionen foregår i flere trin Eksperimentel erfaring: Max.
Læs mereKatalyse på nano - avancerede eksperimentelle og teoretiske teknikker, hvilket har ført til et gennembrud i den detaljerede
10 k t u e l N a t u r v i d e n s k a b 1 0 0 1 Katalyse på nano - - ny indsigt i miljøkatalysator Katalyse spiller en afgørende rolle både i vor energiproduktion og ved løsningen af vigtige miljøproblemer.
Læs mereSabatiers princip (TIL LÆREREN)
Sabatiers princip (TIL LÆREREN) Vær på toppen af vulkanen Sammenligning af katalysatorer Figur 4. Eksempel på målinger. For kobber er der målt både på et ubehandlet folie og samme folie slebet med fint
Læs mereReaktionshastighed og ligevægt
Reaktionshastighed og ligevægt Reaktionshastighed Kemiske reaktioners hastigheder er meget forskellige - nogle er så hurtige, at de næsten er umulige at måle, mens andre helt åbenlyst tager tid. Blander
Læs mereAtomets bestanddele. Indledning. Atomer. Atomets bestanddele
Atomets bestanddele Indledning Mennesket har i tusinder af år interesseret sig for, hvordan forskellige stoffer er sammensat I oldtiden mente man, at alle stoffer kunne deles i blot fire elementer eller
Læs mere14 Nanoteknologiske Horisonter
14 Nanoteknologiske Horisonter KAPITEL 2 Nanoteknologi i billeder Fysik Nanoteknologi i billeder Jakob B. Wagner, Center for Elektronnanoskopi Sebastian Horch, Center for Atomic-scale Materials Design,
Læs mereBrombærsolcellen - introduktion
#0 Brombærsolcellen - introduktion Solceller i lommeregneren, solceller på hustagene, solceller til mobiltelefonen eller solceller til den bærbare computer midt ude i regnskoven- Solcellen har i mange
Læs mereGymnasieøvelse i Skanning Tunnel Mikroskopi (STM)
Gymnasieøvelse i Skanning Tunnel Mikroskopi (STM) Institut for Fysik og Astronomi Aarhus Universitet, Sep 2006. Lars Petersen og Erik Lægsgaard Indledning Denne note skal tjene som en kort introduktion
Læs mereBestemmelse af partikelstørrelser ved Cyklisk Voltammetri
Bestemmelse af partikelstørrelser ved Cyklisk Voltammetri Øvelsesvejledning til brug i Nanoteket Udarbejdet i Nanoteket, Institut for Fysik, DTU Rettelser sendes til Ole.Trinhammer@fysik.dtu.dk September
Læs merenano-science center københavns universitet BROMBÆRSOLCELLEN Introduktion, teori og beskrivelse
nano-science center københavns universitet BROMBÆRSOLCELLEN Introduktion, teori og beskrivelse I dette hæfte kan du læse baggrunden for udviklingen af brombærsolcellen og hvordan solcellen fungerer. I
Læs mereAmmoniak som grønt brændstof
Ammoniak som grønt brændstof Naturen inspirerer forskerne: Rodbakterier har opskriften på miljøvenlig ammoniak. Kendt molekyle bliver nyt brændstof Ammoniak er velkendt fra kunstgødning, men mindre kendt
Læs mereFyldt med energi Ny Prisma Fysik og kemi 8. Skole: Navn: Klasse:
Fyldt med energi Ny Prisma Fysik og kemi 8 Skole: Navn: Klasse: Opgave 1 Grønne planter bruger vand og kuldioxid til at producere oxygen og opbygge organiske stoffer ved fotosyntese. Sæt kryds ved det
Læs merekatalysatorer f i g u r 1. Livets undfangelse på et celluært plan.
Fra det øjeblik vi bliver undfanget i livmoderen til vi lukker øjnene for sidste gang, er livet baseret på katalyse. Livets undfangelse sker gennem en række komplicerede kemiske reaktioner og for at disse
Læs mereAtomer er betegnelsen for de kemisk mindste dele af grundstofferne.
Atomets opbygning Atomer er betegnelsen for de kemisk mindste dele af grundstofferne. Guldatomet (kemiske betegnelse: Au) er f.eks. det mindst stykke metal, der stadig bærer navnet guld, det kan ikke yderlige
Læs mereNr. 5-2008 Den rene os Fag: Kemi A/B Udarbejdet af: Michael Bjerring Christiansen, Århus Statsgymnasium, februar 2009
Nr. 5-2008 Den rene os Fag: Kemi A/B Udarbejdet af: Michael Bjerring Christiansen, Århus Statsgymnasium, februar 2009 Spørgsmål til artiklen 1. Hvilke fordele er der ved dieselmotorer i forhold til benzinmotorer?
Læs mereNanoteknologiske Horisonter
Nanoteknologiske Horisonter Nanoteknologiske Horisonter Nanoteknologiske Horisonter Danmarks Tekniske Universitet 1. udgave, 1. oplag, 2008 Bogen kan hentes som pdf-fil på www.nano.dtu.dk. Redaktion: Anne
Læs mereRøntgenspektrum fra anode
Røntgenspektrum fra anode Elisabeth Ulrikkeholm June 24, 2016 1 Formål I denne øvelse skal I karakterisere et røntgenpektrum fra en wolframanode eller en molybdænanode, og herunder bestemme energien af
Læs mereHvorfor guld er det ædleste metal et studie med tæthedsfunktionalteori
Hvorfor guld er det ædleste metal et studie med tæthedsfunktionalteori Af Lasse B. Vilhelmsen og Anton M.H. Rasmussen, Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet De fleste er klar over, at guld
Læs mere2. del. Reaktionskinetik
2. del. Reaktionskinetik Kapitel 10. Matematisk beskrivelse af reaktionshastighed 10.1. Reaktionshastighed En kemisk reaktions hastighed kan afhænge af flere forskellige faktorer, hvoraf de vigtigste er!
Læs mereSpektroskopi af exoplaneter
Spektroskopi af exoplaneter Formål At opnå bedre forståelse for spektroskopi og spektroskopiens betydning for detektering af liv på exoplaneter. Selv at være i stand til at oversætte et billede af et absorptionsspektrum
Læs mereNanoteknologiske Horisonter
Nanoteknologiske Horisonter Nanoteknologiske Horisonter Nanoteknologiske Horisonter Danmarks Tekniske Universitet 1. udgave, 2. oplag, 2010 Bogen kan hentes som pdf-fil på www.nano.dtu.dk. Redaktion: Anne
Læs mereJorden og solen giver energi Ny Prisma Fysik og kemi 8. Skole: Navn: Klasse:
Jorden og solen giver energi Ny Prisma Fysik og kemi 8 Skole: Navn: Klasse: Opgave 1 Man kan skelne mellem lagerenergi og vedvarende energi. Sæt kryds ved de energiformer, der er lagerenergi. Olie Sol
Læs meregul energi Forskerne gemmer sol til natten ved hjælp af katten.
Fra sort til gul energi Forskerne gemmer sol til natten ved hjælp af katten. Fremtidens energiforsyning byder på store udfordringer. Fossile brændstoffer forurener, mens vedvarende energi er svær at gemme
Læs mereFremstilling af ferrofluids
Fremstilling af ferrofluids Eksperiment 1: Fremstilling af ferrofluids - Elevvejledning Formål I dette eksperiment skal du fremstille nanopartikler af magnetit og bruge dem til at lave en magnetisk væske,
Læs mereDanmarks Tekniske Universitet
Danmarks Tekniske Universitet Side 1 af 10 sider Skriftlig prøve, lørdag den 23. maj, 2015 Kursus navn Fysik 1 Kursus nr. 10916 Varighed: 4 timer Tilladte hjælpemidler: Alle hjælpemidler tilladt "Vægtning":
Læs mereEnergi på lager. CASE Catalysis for Sustainable Energy. Følg forskernes jagt på ren energi og fremtidens brændstoffer. Elisabeth Wulffeld Anne Hansen
Energi på lager Følg forskernes jagt på ren energi og fremtidens brændstoffer Elisabeth Wulffeld Anne Hansen CASE Catalysis for Sustainable Energy 1 Energi på lager DTU 1. udgave, 1. oplag, 2011 Oplag:
Læs mere4. Å RG A N G NR. 1 / 2005 NANO. science - FYSIK OG BIOLOGI MØDES!
4. Å RG A N G NR. 1 / 2005 NANO science - FYSIK OG BIOLOGI MØDES! Mikromekanik afslører bakterier Mikroskopiske siliciumbjælker kan benyttes til hurtigt og effektivt at detektere bakterier i fødevarer.
Læs mereEksperimentelle øvelser, øvelse nummer 3 : Røntgenstråling målt med Ge-detektor
Modtaget dato: (forbeholdt instruktor) Godkendt: Dato: Underskrift: Eksperimentelle øvelser, øvelse nummer 3 : Røntgenstråling målt med Ge-detektor Kristian Jerslev, Kristian Mads Egeris Nielsen, Mathias
Læs mereKemi A. Studentereksamen. Onsdag den 4. juni 2014. 130512.indd 1 26/02/14 14.00
Kemi A Studentereksamen 2stx141-KEM/A-04062014 nsdag den 4. juni 2014 kl. 9.00-14.00 130512.indd 1 26/02/14 14.00 Side 1 af 10 sider pgavesættet består af 4 opgaver med i alt 16 spørgsmål samt 3 bilag
Læs mereNATURFAG Fysik/kemi Folkeskolens afsluttende prøver Terminsprøve 2009/10
NATURFAG Fysik/kemi Folkeskolens afsluttende prøver Terminsprøve 2009/10 Elevens navn: CPR-nr.: Skole: Klasse: Tilsynsførendes navn: 1 Tilstandsformer Tilstandsformer Opgave 1.1 Alle stoffer har 3 tilstandsformer.
Læs mereHvordan kan du forklare hvad. NANOTEKNOLOGI er?
Hvordan kan du forklare hvad NANOTEKNOLOGI er? Du ved godt, at alting er lavet af atomer, ikke? En sten, en blyant, et videospil, et tv, en hund og du selv består af atomer. Atomer danner molekyler eller
Læs mereIONER OG SALTE. Et stabilt elektronsystem kan natrium- og chlor-atomerne også få, hvis de reagerer kemisk med hinanden:
IONER OG SALTE INDLEDNING Når vi i daglig tale bruger udtrykket salt, mener vi altid køkkensalt, hvis kemiske navn er natriumchlorid, NaCl. Der findes imidlertid mange andre kemiske forbindelser, som er
Læs mereKernereaktioner. 1 Energi og masse
Kernereaktioner 7 1 Energi og masse Ifølge relativitetsteorien gælder det, at når der tilføres energi til et system, vil systemets masse altid vokse. Sammenhængen mellem energitilvæksten og massetilvækstener
Læs mereJordens salte Ny Prisma Fysik og kemi 9 - kapitel 2 Skole: Navn: Klasse:
Jordens salte Ny Prisma Fysik og kemi 9 kapitel 2 Skole: Navn: Klasse: Opgave 1 I planternes blade foregår fotosyntesen, hvor planter forbruger vand og kuldioxid for bl.a. at danne oxygen. 6 H 2 O C 6
Læs mereTeknikken er egentlig meget simpel og ganske godt illustreret på animationen shell 4-5.
Fysikken bag Massespektrometri (Time Of Flight) Denne note belyser kort fysikken bag Time Of Flight-massespektrometeret, og desorptionsmetoden til frembringelsen af ioner fra vævsprøver som er indlejret
Læs mereMODUL 1-2: ELEKTROMAGNETISK STRÅLING
MODUL 1-2: ELEKTROMAGNETISK STRÅLING MODUL 1 - ELEKTROMAGNETISKE BØLGER I 1. modul skal I lære noget omkring elektromagnetisk stråling (EM- stråling). I skal lære noget om synligt lys, IR- stråling, UV-
Læs mereDensitet (også kendt som massefylde og vægtfylde) hvor
Nogle begreber: Densitet (også kendt som massefylde og vægtfylde) Molekylerne er tæt pakket: høj densitet Molekylerne er langt fra hinanden: lav densitet ρ = m V hvor ρ er densiteten m er massen Ver volumen
Læs mereEgnen virksomhed - Carbon Capture
Egnen virksomhed - Carbon Capture Emil Hansen Jonas Fardrup Hennecke Mathias Brodersen Simon Paw Dam Bodholt Indholdsfortegnelse: Forside Side 1 Indholdsfortegnelse: Side 2 Forord Side 3 Indledning Side
Læs mereEnergiform. Opgave 1: Energi og energi-former
Energiformer Opgave 1: Energi og energi-former a) Gå sammen i grupper og diskutér hvad I forstår ved begrebet energi? Hvilket symbol bruger man for energi, og hvilke enheder (SI-enhed) måler man energi
Læs mereFotosyntese og respiration
Fotosyntese og respiration Selvlysende alger Alger findes overalt på jorden og i havene, og de har en enorm betydning for livet, som vi kender det. Hvis det ikke var for alger, ville du og dine klassekammerater
Læs mereDer er noget i luften Ny Prisma Fysik og kemi 9 - kapitel 6 Skole: Navn: Klasse:
Der er noget i luften Ny Prisma Fysik og kemi 9 - kapitel 6 Skole: Navn: Klasse: Opgave 1 Gasserne nitrogen, oxygen og kuldioxid er de gasser i Jordens atmosfære, der er vigtigst for livet. Angiv hvilke
Læs mereFolkeskolens afgangsprøve Maj 2006 Fysik / kemi - Facitliste
Folkeskolens afgangsprøve Maj 2006 1/26 Fk4 Opgave 1 / 20 (Opgaven tæller 5 %) I sin kemibog ser Per denne tegning, som er en model. Hvad forestiller tegningen? Der er 6 svarmuligheder. Sæt 1 kryds Et
Læs mereLEKTION 2_ TEKST_ BIOLUMINESCENS. Bioluminescens. Alger der lyser i mørket
Bioluminescens Alger der lyser i mørket Alger bruges som sagt allerede i dag til at producere værdifulde stoffer, der indgår i mange af de produkter, vi køber i supermarkeder, på apoteker og tankstationer.
Læs mereIntra- og intermolekylære bindinger.
Intra- og intermolekylære bindinger. Dipol-Dipol bindinger Londonbindinger ydrogen bindinger ydrofil ydrofob 1. Tilstandsformer... 1 2. Dipol-dipolbindinger... 2 3. Londonbindinger... 2 4. ydrogenbindinger....
Læs mereEt lident skrift til forståelse og oplysning om jernets molekylære LOGIK og skjønhed. Mads Jylov
Et lident skrift til forståelse og oplysning om jernets molekylære LOGIK og skjønhed Mads Jylov Et lident skrift til forståelse og oplysning om jernets molekylære logik og skjønhed Copyright 2007 Mads
Læs mereNår enderne af en kobbertråd forbindes til en strømforsyning, bevæger elektronerne i kobbertråden sig (fortrinsvis) i samme retning.
E2 Elektrodynamik 1. Strømstyrke Det meste af vores moderne teknologi bygger på virkningerne af elektriske ladninger, som bevæger sig. Elektriske ladninger i bevægelse kalder vi elektrisk strøm. Når enderne
Læs mereKatalyse i grænseområdet mellem fysik og kemi En Bohr guldmedalje værd
Katalyse i grænseområdet mellem fysik og kemi En Bohr guldmedalje værd Ole L. Trinhammer, Nanoteket, DTU Fysik, Joseph Gauthier og Henrik Høgh Kristoffersen, Catalysis Theory Center, DTU Fysik Den 7. oktober
Læs mereOptisk gitter og emissionsspektret
Optisk gitter og emissionsspektret Jan Scholtyßek 19.09.2008 Indhold 1 Indledning 1 2 Formål og fremgangsmåde 2 3 Teori 2 3.1 Afbøjning................................... 2 3.2 Emissionsspektret...............................
Læs mereDet anbefales ikke at stå for tæt på din færdige stjerne, da denne kan være meget varm.
Vi advarer om, at stjerner har en udløbsdato, afhængig af deres masse. Hvis du ikke er opmærksom på denne dato, kan du risikere, at din stjerne udvider sig til en rød kæmpe med fare for at udslette planeterne
Læs mereBenjamin Franklin Prøv ikke at gentage forsøget!
E1 Elektrostatik 1. Elektrisk ladning Benjamin Franklin Prøv ikke at gentage forsøget! Vi har tidligere lært, at ethvert legeme tiltrækker ethvert andet legeme med gravitationskraften, eller massetiltrækningskraften.
Læs mereUndervisningsbeskrivelse
Undervisningsbeskrivelse Stamoplysninger til brug ved prøver til gymnasiale uddannelser Termin Sommereksamen 2016 Institution Thy-Mors HF & VUC Uddannelse Fag og niveau Lærer(e) Hold STX Fysik A Knud Søgaard
Læs mereLim mellem atomerne Ny Prisma Fysik og kemi 8. Skole: Navn: Klasse:
Lim mellem atomerne Ny Prisma Fysik og kemi 8 Skole: Navn: Klasse: Opgave 1 Her ser du en modeltegning af et atom. Hvilket atom forestiller modellen? Der er 5 svarmuligheder. Sæt et kryds. Et oxygenatom
Læs mereKernefysik og dannelse af grundstoffer. Fysik A - Note. Kerneprocesser. Gunnar Gunnarsson, april 2012 Side 1 af 14
Kerneprocesser Side 1 af 14 1. Kerneprocesser Radioaktivitet Fission Kerneproces Fusion Kollisioner Radioaktivitet: Spontant henfald ( af en ustabil kerne. Fission: Sønderdeling af en meget tung kerne.
Læs mereKatalysatorer nedbringning af emissioner fra energieffektive dieselbiler
Katalysatorer nedbringning af emissioner fra energieffektive dieselbiler 16% af Danmarks samlede CO 2 udledning kommer fra transport med personbiler. Andre former for transport står for yderligere 13%.
Læs mereForsøg del 1: Beregning af lysets bølgelængde
Forsøg del 1: Beregning af lysets bølgelængde Formål Formålet med denne forsøgsrække er, at vise mange aspekter inden for emnet lys med udgangspunkt i begrænset materiale. Formålet med forsøget er at beregne
Læs mereEnergi, Enzymer & enzymkinetik.metabolisme
(gruppeopgaver i databar 152 (og 052)) Energi, Enzymer & enzymkinetik.metabolisme Tirsdag den 17. september kl 13-14.15 (ca) Auditorium 53, bygning 210 Susanne Jacobsen sja@bio.dtu.dk Enzyme and Protein
Læs mereEn lille verden Ny Prisma Fysik og kemi 8. Skole: Navn: Klasse:
En lille verden Ny Prisma Fysik og kemi 8 Skole: Navn: Klasse: For at løse nogle af opgaverne skal du benytte Nuklidtabel A og B på kopiark 6.4 og 6.5 i Kopimappe B, Ny Prisma 8. Opgave 1 Et atom består
Læs mere6 Plasmadiagnostik 6.1 Tætheds- og temperaturmålinger ved Thomsonspredning
49 6 Plasmadiagnostik Plasmadiagnostik er en fællesbetegnelse for de forskellige typer måleudstyr, der benyttes til måling af plasmaers parametre og egenskaber. I fusionseksperimenter er der behov for
Læs mereEksamen i fysik 2016
Eksamen i fysik 2016 NB: Jeg gør brug af DATABOG fysik kemi, 11. udgave, 4. oplag & Fysik i overblik, 1. oplag. Opgave 1 Proptrækker Vi kender vinens volumen og masse. Enheden liter omregnes til kubikmeter.
Læs mereFusionsenergi Efterligning af stjernernes energikilde
Fusionsenergi Efterligning af stjernernes energikilde Jesper Rasmussen DTU Fysik Med tak til Søren Korsholm, DTU Fysi UNF Fysik Camp 2015 Overblik Hvad er fusion? Hvilke fordele har det? Hvordan kan det
Læs mereJuly 23, 2012. FysikA Kvantefysik.notebook
Klassisk fysik I slutningen af 1800 tallet blev den klassiske fysik (mekanik og elektromagnetisme) betragtet som en model til udtømmende beskrivelse af den fysiske verden. Den klassiske fysik siges at
Læs mereSalte, Syre og Baser
Salte, Syre og Baser Fysik/Kemi Rapport 4/10 2011 MO Af Lukas Rønnow Klarlund 9.y Indholdsfortegnelse: Formål s. 2 Salte og Ioner s. 3 Syrer og Baser s. 5 phværdi s. 5 Neutralisation s. 6 Kunklusion s.
Læs mereLaboratorieøvelse Kvantefysik
Formålet med øvelsen er at studere nogle aspekter af kvantefysik. Øvelse A: Heisenbergs ubestemthedsrelationer En af Heisenbergs ubestemthedsrelationer handler om sted og impuls, nemlig at (1) Der gælder
Læs merePartikler med fart på Ny Prisma Fysik og kemi 9 Skole: Navn: Klasse:
Partikler med fart på Ny Prisma Fysik og kemi 9 Skole: Navn: Klasse: Opgave 1 Et atom har oftest to slags partikler i atomkernen. Hvad hedder partiklerne? Der er 6 linjer. Sæt et kryds ud for hver linje.
Læs mereLys på (kvante-)spring: fra paradox til præcision
Lys på (kvante-)spring: fra paradox til præcision Metrologidag, 18. maj, 2015, Industriens Hus Lys og Bohrs atomteori, 1913 Kvantemekanikken, 1925-26 Tilfældigheder, usikkerhedsprincippet Kampen mellem
Læs merePartikelacceleratorer: egenskaber og funktion
Partikelacceleratorer: egenskaber og funktion Søren Pape Møller Indhold Partikelaccelerator maskine til atomare partikler med høje hastigheder/energier Selve accelerationen, forøgelse i hastighed, kommer
Læs mereA KURSUS 2014 ATTENUATION AF RØNTGENSTRÅLING. Diagnostisk Radiologi : Fysik og Radiobiologi
A KURSUS 2014 Diagnostisk Radiologi : Fysik og Radiobiologi ATTENUATION AF RØNTGENSTRÅLING Erik Andersen, ansvarlig fysiker CIMT Medico, Herlev, Gentofte, Glostrup Hospital Attenuation af røntgenstråling
Læs mereDiodespektra og bestemmelse af Plancks konstant
Diodespektra og bestemmelse af Plancks konstant Fysik 5 - kvantemekanik 1 Joachim Mortensen, Rune Helligsø Gjermundbo, Jeanette Frieda Jensen, Edin Ikanović 12. oktober 28 1 Indledning Formålet med denne
Læs mereEnvironment and Energy
NanoGeoScience Environment and Energy Det kan man bl.a. bruge nanoteknologien til: Vand, olie og affald Baggrund: NanoGeoScience er studier af naturens materialer på skalaer mindre end en mikrometer, hvilket
Læs mereFra spild til penge brug enzymer
Fra spild til penge brug enzymer Køreplan 01005 Matematik 1 - FORÅR 2010 Denne projektplan er udarbejdet af Per Karlsson og Kim Knudsen, DTU Matematik, i samarbejde med Jørgen Risum, DTU Food. 1 Introduktion
Læs mereBenjamin Franklin Prøv ikke at gentage forsøget! hvor er den passerede ladning i tiden, og enheden 1A =
E3 Elektricitet 1. Grundlæggende Benjamin Franklin Prøv ikke at gentage forsøget! I E1 og E2 har vi set på ladning (som måles i Coulomb C), strømstyrke I (som måles i Ampere A), energien pr. ladning, også
Læs mereTeknologi & kommunikation
Grundlæggende Side af NV Elektrotekniske grundbegreber Version.0 Spænding, strøm og modstand Elektricitet: dannet af det græske ord elektron, hvilket betyder rav, idet man tidligere iagttog gnidningselektricitet
Læs mereFolkeskolens afgangsprøve Maj-juni 2006 Fysik / kemi - Facitliste
Folkeskolens afgangsprøve Maj-juni 2006 1/25 Fk5 Opgave 1 / 20 (Opgaven tæller 5 %) I den atommodel, vi anvender i skolen, er et atom normalt opbygget af 3 forskellige partikler: elektroner, neutroner
Læs mereEnzymer og katalysatorer
Enzymer og katalysatorer Niveau: 8. klasse Varighed: 6 lektioner Præsentation: I forløbet Enzymer og katalysatorer arbejdes der med, hvordan den naturlige reaktionshastighed kan ændres ved hjælp af enzymer
Læs mereFysik A. Studentereksamen
Fysik A Studentereksamen stx102-fys/a-13082010 Fredag den 13. august 2010 kl. 9.00-14.00 Opgavesættet består af 7 opgaver med tilsammen 15 spørgsmål. Svarene på de stillede spørgsmål indgår med samme
Læs mereUndervisningsbeskrivelse
Undervisningsbeskrivelse Stamoplysninger til brug ved prøver til gymnasiale uddannelser Termin Institution Uddannelse Fag og niveau Termin hvori undervisningen afsluttes: maj-juni 2011 Københavns Tekniske
Læs mereEvaluering af Biogas som Bæredygtig Energikilde til Masanga hospitalet
2008 Evaluering af Biogas som Bæredygtig Energikilde til Masanga hospitalet Lars Rønn Olsen DTU biosys Ingeniører Uden Grænser Udarbejdet for Masangas Venner Introduktion Som behovet for bæredygtig energi
Læs mereSDU og DR. Sådan virker en atombombe... men hvorfor er den så kraftig? + + Atom-model: - -
SDU og DR Sådan virker en atombombe... men hvorfor er den så kraftig? Atom-model: - - - + + - + + + + + - - - Hvad er et atom? Alt omkring dig er bygget op af atomer. Alligevel kan du ikke se et enkelt
Læs mereForbedring af efterføderteknologier til energibesparelse i jernstøberier
Slutrapport for projekt: Forbedring af efterføderteknologier til energibesparelse i jernstøberier Niels Skat Tiedje DTU Mekanik 29. august 2014 Indhold Indhold... 2 Introduktion og mål... 3 Del 1: anvendelse
Læs mereUniversets opståen og udvikling
Universets opståen og udvikling 1 Universets opståen og udvikling Grundtræk af kosmologien Universets opståen og udvikling 2 Albert Einstein Omkring 1915 fremsatte Albert Einstein sin generelle relativitetsteori.
Læs mereBig Bang og universets skabelse (af Jeanette Hansen, Toftlund Skole)
Big Bang og universets skabelse (af Jeanette Hansen, Toftlund Skole) Har du nogensinde tænkt på, hvordan jorden, solen og hele universet er skabt? Det er måske et af de vigtigste spørgsmål, man forsøger
Læs mereDynamik. 1. Kræfter i ligevægt. Overvejelser over kræfter i ligevægt er meget vigtige i den moderne fysik.
M4 Dynamik 1. Kræfter i ligevægt Overvejelser over kræfter i ligevægt er meget vigtige i den moderne fysik. Fx har nøglen til forståelsen af hvad der foregår i det indre af en stjerne været betragtninger
Læs merePCR (Polymerase Chain Reaction): Opkopiering af DNA
PCR (Polymerase Chain Reaction): Opkopiering af DNA PCR til at opkopiere bestemte DNA-sekvenser i en prøve er nu en af genteknologiens absolut vigtigste værktøjer. Peter Rugbjerg, Biotech Academy PCR (Polymerase
Læs mereHvorfor lyser de Sorte Huller? Niels Lund, DTU Space
Hvorfor lyser de Sorte Huller? Niels Lund, DTU Space Først lidt om naturkræfterne: I fysikken arbejder vi med fire naturkræfter Tyngdekraften. Elektromagnetiske kraft. Stærke kernekraft. Svage kernekraft.
Læs mereSPEKTRUM HALSE WÜRTZ FYSIK C. Fysiks optakt til et AST-forløb om kroppen af Niels Henrik Würtz. Energiomsætninger i kroppen
HALSE WÜRTZ SPEKTRUM FYSIK C Fysiks optakt til et AST-forløb om kroppen af Niels Henrik Würtz Energiomsætninger i kroppen Kondital Glukoseforbrænding Fedtforbrænding Artiklen her knytter sig til kapitel
Læs mereÅrsplan i Fysik 7.klasse. 2018/2019 Abdiaziz Farah
Årsplan i Fysik 7.klasse. 2018/2019 Abdiaziz Farah Klassen arbejder med 7 hovedemner: 1) Vi arbejder med fysik og kemi 2) Stofs egenskaber 3) Grundstoffer og kemiske forbindelser 4) luft 5) Lyd og Lys
Læs mereKemi A. Højere teknisk eksamen
Kemi A Højere teknisk eksamen htx131-kem/a-31052013 Fredag den 31. maj 2013 kl. 9.00-14.40 Kemi A Ved bedømmelsen lægges der vægt på eksaminandens evne til at løse opgaverne korrekt begrunde løsningerne
Læs mereDanmarks Tekniske Universitet
Danmarks Tekniske Universitet Side 1 af 11 sider Skriftlig prøve, lørdag den 12. december, 2015 Kursus navn Fysik 1 Kursus nr. 10916 Varighed: 4 timer Tilladte hjælpemidler: Alle hjælpemidler tilladt "Vægtning":
Læs mereMed andre ord: Det, som før var tillagt naturlige variationer i klimaet, er nu også tillagt os mennesker.
Ubelejlig viden HENRIK SVENSMARK Den seneste udgave af FNs klimapanels (IPCC) rapport SR15 blev offentliggjort for nylig. Rapporten er den seneste i en lang række af klimarapporter, som alle indeholder
Læs mereByg selv en solcellemobiloplader
Byg selv en solcellemobiloplader Byggevejledning til solcelle-mobilopladeren Formålet med denne aktivitet er på en lærerig, pædagogisk og kreativ måde at vise spejderne, hvordan de selv kan lave nyttige
Læs mereRektangulær potentialbarriere
Kvantemekanik 5 Side 1 af 8 ektangulær potentialbarriere Med udgangspunkt i det KM begrebsapparat udviklet i KM1-4 beskrives i denne lektion flg. to systemer, idet system gennemgås, og system behandles
Læs mereSolceller SOFIE MYGIND BISGAARD 1
Solceller SOFIE MYGIND BISGAARD 1 Indhold Sol celler... 3 Elektroner... 3 Optimal placering... 4 Opbygning... 5 Miljø... 6 Soltimer... 7 Solstråler... 8 Konklusion... 9 Robot... 9 Effekt forsøge... 10
Læs mereHVORDAN BLIVER TOBAK TIL RØG, OG HVAD INDEHOLDER RØGEN?
KAPITEL 2: HVORDAN BLIVER TOBAK TIL RØG, OG HVAD INDEHOLDER RØGEN? 24 www.op-i-røg.dk GÅ OP I RØG Kræftens Bekæmpelse www.op-i-røg.dk 25 Kapitel 2: Indhold Kapitlet giver en indføring i de kemiske processer,
Læs mereUNDERVISNINGSPLAN FOR FYSIK/KEMI 2014
UNDERVISNINGSPLAN FOR FYSIK/KEMI 2014 Undervisningen følger trin- og slutmål som beskrevet i Undervisningsministeriets faghæfte: Fællesmål 2009 Fysik/kemi. Centrale kundskabs- og færdighedsområder Fysikkens
Læs mere3. Eksponering i arbejdsmiljøet
3. Eksponering i arbejdsmiljøet Hver gang vi trækker vejret, indånder vi små partikler i nanoskala. Udendørs kommer partiklerne primært fra ufuldstændig forbrænding af fossile brændstoffer som fx diesel.
Læs mereModul 3-4: Fremstilling af mini-raketter
Modul 3-4 Modul 3-4: Fremstilling af mini-raketter Det er måske lidt overraskende, men vand (H2O) er faktisk en meget energirig kemisk forbindelse. Teorien bag mini-raketten Vandmolekylerne hænger indbyrdes
Læs mereTorben Rosenørn. Aalborg Universitet. Campus Esbjerg
Torben Rosenørn Aalborg Universitet Campus Esbjerg 1 Definition af syrer En syre er et stof som kan fraspalte en proton (H + ). H + optræder i vand sammen med et vandmolekyle (H 2 O) som H 3 O + Syrer
Læs mereHVOR FORSVINDER RØGEN HEN?
KAPITEL 4: HVOR FORSVINDER RØGEN HEN? 36 www.op-i-røg.dk GÅ OP I RØG Kræftens Bekæmpelse www.op-i-røg.dk 37 Kapitel 4: Indhold: Dette kapitel ligger især vægt på, hvordan partiklerne og gasserne i røgen
Læs mereDigital Choice 12 + MERE, MERE, MERE!
MERE, MERE, MERE! Digital Choice Gå ind på mytpchoice.dk for at downloade flere minikategorier. Der er mere end 100 minikategorier at vælge mellem, bl.a. Helte & Heltinder, Science Fiction & Fantasy, Rejser
Læs mereOpgavesæt om Gudenaacentralen
Opgavesæt om Gudenaacentralen ELMUSEET 2000 Indholdsfortegnelse: Side Gudenaacentralen... 1 1. Vandet i tilløbskanalen... 1 2. Hvor kommer vandet fra... 2 3. Turbinerne... 3 4. Vandets potentielle energi...
Læs mere