Esempi di reazioni catalitiche

Nel 1835 il chimico svedese Jöns Jacob Berzelius nell’ambito delle sue ricerche notò che alcune sostanze che apparentemente non partecipavano ad una reazione e venivano rinvenute inalterate avevano la capacità di accelerare il decorso di una reazione.

Sebbene non si conoscesse con quale meccanismo avvenisse un processo catalitico si comprese subito che accelerare una reazione industriale significava ottenere un notevole guadagno in termini economici.

Si sviluppò quindi una ricerca sui catalizzatori e si comprese che essi intervenivano sulla cinetica di una reazione abbassando l’energia di attivazione che rappresenta la minima energia per innescare una reazione chimica:

energia di attivazione

Si scoprì che molti metalli di transizione o alcuni loro composti potevano essere utilizzati quali catalizzatori grazie alla molteplicità dei loro numeri di ossidazione dovuta al fatto che essi presentano l’orbitale d parzialmente pieno.

La catalisi può essere omogenea qualora la reazione si svolge interamente in una sola fase a cui appartiene anche il catalizzatore o eterogenea se avviene per interazione di una molecola di reagente con atomi o gruppi atomici, detti centri attivi presenti su una superficie solida.

Sin dal 1831 fu descritta la sintesi dell’acido solforico allora chiamato olio di vetriolo a partire dall’acido solforoso in presenza di ossigeno usando il platino finemente suddiviso.

Il platino fu usato anche nella reazione di ossidazione dell’ammoniaca nel 1838.

Da allora sono stati studiate un numero enorme di reazioni e del catalizzatore che era in grado di accelerarne il decorso.

Tra le tante reazioni degne di nota citiamo la decomposizione del perossido di idrogeno che tende a decomporsi lentamente in presenza di luce:

2 H2O2 → 2 H2O + O2

La reazione di decomposizione avviene rapidamente in presenza di svariati catalizzatori secondo una catalisi eterogenea come ad esempio il biossido di manganese MnO2 sebbene sia stata studiata la cinetica della reazione anche con ossido di ferro (III) Fe2O3, ossido di rame (II) CuO, biossido di afnio HfO2, ossido di gadolinio (III) Gd2O3  e biossido di cerio CeO2

Un’altra reazione di importanza industriale diffusamente utilizzata nel campo dell’industria alimentare è l’’idrogenazione che viene usata per convertire i grassi polinsaturi per saturare parzialmente i doppi legami convertendo gli oli vegetali in grassi solidi come quelli che sono presenti nella margarina.

CnH2n + H2 → CnH2n+2

Le reazioni di idrogenazione catalitica vengono realizzate generalmente in fase eterogenea; vengono effettuate in presenza di catalizzatore in quanto pur essendo in genere favorite da un punto di vista termodinamico non lo sono da un punto di vista cinetico stante la forza del legame tra i due atomi di idrogeno presenti nella molecola di H2. 

I catalizzatori che possono essere usati sono rutenio, palladio, cobalto, rodio, platino o Nichel Raney.

Una delle reazioni più interessanti che rivoluzionò la chimica dei fertilizzanti e degli esplosivi è la sintesi dell’ammoniaca realizzata dal chimico tedesco Fritz Haber  utilizzando come reagenti azoto e idrogeno in presenza di un catalizzatore eterogeneo a base di ferro. 

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Author: Chimicamo

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