Il principio di Sabatier consente di predire in modo qualitativo l’attività di un catalizzatore nell’ambito della catalisi eterogenea e costituisce un metodo per determinare il miglior catalizzatore per una specifica reazione.
Una reazione termodinamicamente favorita per la quale la variazione di energia libera ΔG è minore di zero che ha un’alta energia di attivazione può avvenire grazie a un catalizzatore
Il chimico francese Paul Sabatier, premio Nobel per la chimica nel 1912, espose questo principio che trova applicazioni anche nello studio della cinetica dei processi elettrodici.
Enunciato del principio di Sabatier
I processi catalitici eterogenei consistono in tre fasi:
- l’adsorbimento del substrato sul catalizzatore
- la reazione catalitica
- il desorbimento dei prodotti
Secondo il principio di Sabatier, enunciato nel 1913, un catalizzatore ideale deve legarsi al reagente con una forza intermedia che non sia né troppo debole né troppo forte.
Questo concetto, basato su metodi empirici, si basa sul fatto che se il legame è troppo debole, il catalizzatore e il reagente difficilmente interagiscono tra loro, mentre se il legame è troppo forte, il reagente non è desorbito dalla superficie del catalizzatore, inibendo ulteriori reazioni.
Una conseguenza di questo principio è l’esistenza di un intermedio instabile che si forma tra la superficie del catalizzatore e almeno uno dei reagenti.
Un esempio è dato dall’idrogenazione catalitica degli alcheni in cui si utilizza un catalizzatore di Nichel Raney.
L’intermedio formato deve avere una sufficiente stabilità per formarsi in quantità adeguate ma deve potersi decomporre per dare il prodotto di reazione
Curva a vulcano
Il principio può essere illustrato da un grafico che rappresenta la cosiddetta curva a vulcano
La figura mostra un diagramma relativo alla decomposizione dell’acido formico utilizzando diversi metalli di transizione quali catalizzatori.
Se l’energia di adsorbimento del substrato approssimata dal calore di formazione del sale formiato è troppo bassa, l’attività catalitica è bassa. Se è troppo grande, il prodotto non si desorbirà e non bloccherà la superficie, causando l’avvelenamento del catalizzatore. Dal grafico si rileva quindi che l’oro e il tungsteno hanno bassa attività catalitica mentre platino, iridio, palladio, rodio e rutenio hanno un’alta attività catalitica