L’argento come catalizzatore

Grazie alle sue proprietà chimiche l’ argento viene usato come catalizzatore nelle reazioni di ossidazione per la sintesi industriale di importanti prodotti chimici.

Tra le reazioni catalizzate dall’argento vi è la produzione della formaldeide a partire dal metanolo in un processo di ossidazione:

CH3OH(g) + ½ O2(g)→ H2CO(g) + H2O (g)   ΔH° = – 159 kJ/mol

Se la reazione viene condotta a una temperatura superiore a 650°C alla reazione di ossidazione si accompagna anche quella di deidrogenazione

CH3OH(g) → H2CO(g) + H2(g)    ΔH° = + 84 kJ/mol

Quest’ultima è una reazione endotermica e il calore necessario viene fornito dalla combustione dell’idrogeno prodotto. Il metanolo, sotto forma di vapore, alla temperatura di circa 700°C e a una pressione di poco superiore a quella atmosferica viene fatto passare su argento finemente suddiviso e la formaldeide prodotta viene assorbita dal vapore acqueo.

La formaldeide è il precursore di molti materiali polimerici tra cui:

  • la resina urea formaldeide usata negli adesivi, rivestimenti, pannelli truciolari e in campo agricolo per il rilascio dell’azoto con flusso lento e continuo
  • la resina melamminica ottenuta per policondensazione della formaldeide con la metilammina. Questa resina trova utilizzo per la produzione di laminati plastici, colle e vernici
  • le resine fenolo formaldeide ottenuta dalla reazione tra fenolo e formaldeide. In funzione del rapporto tra i due reagenti si dividono a loro volta in novolacche e resoli. Le resine fenolo formaldeide supportate su riempitivi sono state il primo materiale plastico adatto allo stampaggio e alla produzione in serie di manufatti.
  • il poliossimetilene noto come poliformaldeide utilizzato per sostituire le parti metalliche di precisione, leve cuscinetti, viti, cerniere e parti di valvole

Un’altra reazione in cui viene usato l’argento come catalizzatore è la produzione di ossido di etilene a partire dall’etilene. L’ossido di etilene, anche detto ossirano, è un etere ciclico avente formula C2H4O ed è il più semplice degli epossidi essendo costituito da un anello a tre termini in cui sono presenti due atomi di carbonio e un atomo di ossigeno.

L’etilene viene fatto reagire con l’ossigeno e passa sul catalizzatore costituito da argento finemente suddiviso su un supporto inerte come l’allumina a una temperatura di 250-280 °C alla pressione di 15-20 atmosfere.

Sulla superficie del catalizzatore avvengono contemporaneamente due reazioni ovvero l’ossidazione parziale e l’ossidazione completa dell’etilene:

ossirano

In questa reazione, al contrario di altre, l’argento è l’unico catalizzatore utilizzabile.

A causa della sua alta reattività dovuta alla tensione di anello l’ossido di etilene viene usato come intermedio per l’ottenimento di molte sostanze chimiche tra cui il glicole etilenico usato come liquido di raffreddamento e come antigelo nell’industria automobilistica.

La polimerizzazione dell’ossido di etilene porta alla formazione del glicole polietilenico il quale, per la sua assenza di tossicità viene usato in campo farmaceutico e in particolare per formulazioni farmaceutiche parenterali, topiche, oftalmiche, orali e rettali.

Un’altra reazione in cui l’argento gioca un ruolo fondamentale come catalizzatore è l’ossidazione dell’ammoniaca. L’ossidazione catalitica dell’ammoniaca ad azoto molecolare è di particolare importanza in quanto l’ammoniaca, contenuta in flussi di aria può essere trasformata in azoto ecocompatibile.

La reazione avviene in tre stadi:

  • 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O
  • 4 NH3 + 4 O2 → 2 N2O + 6 H2O
  • 4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O

La reazione 1) è il primo stadio del processo Ostwald in cui si forma il monossido di azoto il quale reagisce con l’ossigeno per dare il biossido di azoto da cui si ottiene industrialmente l’acido nitrico.

La reazione 2) è il secondo stadio da cui si ottiene l’ossido di diazoto noto come protossido di azoto.

Il processo descritto dalla reazione 3) è un metodo per abbattere l’ammoniaca e può essere usato per ottenere azoto. Si sono studiati e catalizzatori più idonei per questa reazione e si è trovato che l’argento è l’unico che riesce ad esplicare la sua attività catalitica a temperature inferiori a 200°C

L’argento costituisce uno dei catalizzatori per la decomposizione del perossido di idrogeno. Quest’ultimo è un composto termodinamicamente instabile che tende a decomporsi in acqua e ossigeno secondo la reazione:

2 H2O2 → 2 H2O + O2

La velocità di decomposizione del perossido di idrogeno aumenta all’aumentare della temperatura, della concentrazione e del pH ed è catalizzata da vari composti compresi i metalli di transizione tra cui l’argento.

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Author: Chimicamo

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