El exceso de hidrógeno puede causar problemas en una variedad de industrias. Puede corroer los semiconductores, la electrónica y el combustible nuclear que se encuentran almacenados. También presenta un riesgo de explosión. Para eliminar este hidrógeno adicional, los químicos pueden usar un compuesto orgánico llamado captador de hidrógenoque se une químicamente a varios átomos de hidrógeno.
Pero a veces, durante este proceso de unión, llamado hidrogenación catalítica, los productos parcialmente hidrogenados se vuelven volátiles, se derriten y se evaporan antes de que puedan unirse a más átomos de hidrógeno. Ahora, los investigadores han explorado cómo y por qué esta volatilidad varía durante la hidrogenación,sugiriendo que un efecto previamente subestimado de los enlaces carbono-hidrógeno en la molécula es el principal culpable.
El nuevo análisis, publicado en The Revista de Física Química , de AIP Publishing, puede ayudar a los químicos a identificar las condiciones ideales necesarias para la hidrogenación catalítica para que puedan eliminar mejor el exceso de hidrógeno.
"Esto crea un modelo para el comportamiento de otros captadores orgánicos, lo que nos permite predecir sus temperaturas y entornos operativos óptimos", dijo Long Dinh, físico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.
Dinh y sus colegas se centraron en un captador llamado 1,4 bis feniletinil benceno, o DEB. Para eliminar el hidrógeno, los copos de cristal de DEB se mezclan con catalizadores en forma de gránulos sólidos. Los gránulos están hechos de carbón activado.- cuya estructura porosa proporciona abundante superficie - recubierta con nanopartículas de paladio.El catalizador de paladio divide las moléculas de hidrógeno en átomos de hidrógeno, que luego pueden unirse al DEB y formar enlaces carbono-hidrógeno.
DEB es un captador de alta capacidad, capaz de unirse con hasta ocho átomos de hidrógeno. La mayoría de los investigadores pensaron que como captadores como DEB se unen con más átomos de hidrógeno y se agrandan, se vuelven más volátiles. A altas temperaturas de operación, pueden vaporizarselejos, a la deriva lejos de los gránulos catalíticos donde no hay átomos de hidrógeno con los que unirse. "Usted detiene el proceso de hidrogenación prematuramente", dijo Dinh.
Pero los investigadores encontraron que en los primeros dos pasos de hidrogenación, cuando DEB forma dos enlaces carbono-hidrógeno por paso los enlaces carbono-hidrógeno se crean en lados opuestos de la cadena de carbono de la molécula, la molécula en realidad disminuye en volatilidad.Solo en los pasos posteriores de hidrogenación el DEB se vuelve más volátil.
Para estudiar cómo y por qué el DEB cambia en la volatilidad, los investigadores midieron propiedades tales como presiones de vapor y puntos de fusión, analizaron la estructura molecular y realizaron simulaciones computacionales de mecánica cuántica para modelar el proceso de hidrogenación. Su análisis sugiere que los enlaces carbono-hidrógeno enDEB juega un papel clave en el comportamiento volátil de la molécula.
Durante la hidrogenación, el hidrógeno se une a los átomos de carbono en DEB. Según el pensamiento convencional, el enlace carbono-hidrógeno resultante es no polar, ninguno de los extremos de la estructura de la barra tiene una carga más negativa o positiva que el otro. Pero resulta que elEl extremo de carbono es ligeramente más negativo, y el enlace carbono-hidrógeno forma un dipolo débil, explicó Dinh.
Como dipolo, un enlace carbono-hidrógeno puede atraer o repeler otros enlaces carbono-hidrógeno en otras moléculas DEB. Dependiendo de cómo estén dispuestos los enlaces carbono-hidrógeno y cuántos hay en los productos DEB intermedios, las moléculas puedense atraen o se repelen entre sí y, por lo tanto, son menos o más volátiles, respectivamente. Investigaciones anteriores habían pasado por alto estas interacciones colectivas entre los enlaces carbono-hidrógeno en los cristales orgánicos, dijo Dinh.
A partir de su análisis, los investigadores determinaron que las condiciones óptimas para la hidrogenación DEB están por debajo de aproximadamente 175 grados Fahrenheit, si se realizan en un buen vacío. "Nuestros resultados", dijo Dinh, "se pueden aplicar de manera análoga a otros sistemas de captación de hidrógeno orgánico catalíticotambién."
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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