En la producción de margarina, millones de toneladas de ácidos grasos insaturados se convierten a partir de aceites vegetales utilizando hidrógeno. Mientras buscaba catalizadores mejorados para estas llamadas reacciones de hidrogenación, un equipo de investigación germano-estadounidense hizo un descubrimiento que pone a 50 añosAntigua regla en cuestión: en partículas catalíticas que comprenden solo unos pocos átomos, la forma y el tamaño influyen en la reactividad mucho más de lo que se pensaba anteriormente.
Cada año se producen millones de toneladas de margarina mediante la conversión de ácidos grasos insaturados de aceites vegetales usando hidrógeno. Si bien la hidrogenación de aceites vegetales se logra usando catalizadores de níquel rentables, muchas otras reacciones requieren platino costoso.
Dado que la reacción de hidrogenación tiene lugar solo en la superficie, mientras que los átomos internos no juegan ningún papel en absoluto, la industria está desarrollando partículas catalíticas cada vez más pequeñas. Las más pequeñas comprenden apenas más de 100 átomos. En partículas aún más pequeñas, sin embargo,los efectos mecánicos toman el relevo y los modelos convencionales no logran predecir las propiedades de las partículas de platino.
Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Munich TUM y el Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta Georgia ha investigado estos efectos con una precisión hasta el átomo. Utilizaron la reacción catalizada por platino que convierte el eteno en etano comoun modelo. Al igual que los ácidos grasos insaturados, el eteno tiene un doble enlace de carbono. Y cuando dos átomos de hidrógeno reaccionan con el doble enlace, el eteno se convierte en etano "saturado".
Un modelo en terreno inestable
Durante más de 50 años, los químicos han dividido las reacciones catalíticas en aquellas que están influenciadas por la estructura y el tamaño de un catalizador y aquellas en las que estos factores no juegan ningún papel. ”La hidrogenación de eteno se consideró un ejemplo típico de una reacción independiente del tamaño.Pero asumimos que esta diferenciación ya no se aplica a las partículas de catalizador en el rango subnanométrico ", dice Ulrich Heiz, presidente del Departamento de Química Física de TU Munich, y director académico del Centro de Investigación de Catalizadores CRC de TUM.
Con este fin, el grupo de trabajo del profesor Ulrich Heiz produjo partículas de platino con solo una pequeña cantidad de átomos. "Con nuestras instalaciones podemos producir específicamente grupos de platino que tienen de uno a 80 átomos de platino", dice Andrew S. Crampton, un miembrodel grupo de trabajo. En presencia de estas partículas dejaron reaccionar el eteno y el hidrógeno y analizaron los resultados.
La reactividad depende en gran medida del número exacto de átomos: los grupos con menos de diez átomos apenas estaban activos, mientras que los grupos con al menos diez átomos mostraron una reactividad en aumento sucesivo, con un máximo de 13 átomos. Estas partículas tienen una reacción significativamente mayorvelocidades que una superficie de platino normal: prueba clara de que la independencia de tamaño postulada para esta reacción en las últimas décadas es inexacta.
Los modelos teóricos desarrollados por los colegas estadounidenses corroboran los resultados experimentales. Ahora permiten la determinación precisa de qué átomos son responsables de qué actividad y por qué ". Estos grupos pequeños ya no se comportan como cuerpos metálicos, sino como moléculas: lo pequeño es diferente.", dice Uzi Landman, profesor del Centro de Ciencia de Materiales Computacionales del Instituto de Tecnología de Georgia." Las propiedades dependen muy claramente de la cantidad de átomos ".
un conjunto bien afinado
Como en el conocido juego de Tangram, los átomos de los pequeños grupos pueden organizarse en diferentes formas, los químicos se refieren a ellos como isómeros. Además, en los grupos que comprenden solo unos pocos átomos, las interacciones con los átomos del sustrato juegan un papel importante.
Mientras tanto, los químicos de Munich también han desarrollado varios procesos para fijar los pequeños racimos de platino en sustratos. "Esto nos permite evitar que las partículas pequeñas se combinen en partículas más grandes", explica Ulrich Heiz. "La superficie, a su vez, influye en laforma predominantemente asumida de los grupos. Junto con el tamaño del grupo, tenemos un instrumento para personalizar las propiedades de una reacción específica ".
En colaboración con miembros del Centro de Investigación de Catalizadores de TUM, los investigadores están a punto de desarrollar procesos químicos húmedos en un futuro cercano para producir de manera eficiente pequeños grupos de platino con números de átomos definidos con precisión en grandes cantidades.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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