Níquel Raney
El níquel Raney és un catalisador sòlit compost per grans molt fins d'una aleació de níquel-alumini. S'usa en molts processos industrials. Va ser desenrollat en 1926 per l'ingenier nortamericà Murray Raney,[1] com a catalisador alternatiu per a la hidrogenació industrial d'alguns olis vegetals. En temps recents s'ha usat molt com a catalisador heterogéneu en una gran varietat de síntesis orgànicas, generalment hidrogenació.
El níquel Raney es produïx tractant un bloc d'aleació Ni-A l'en una solució concentrada d'hidròxit de sodi. Este tractament, cridat "activació", dissol la major part de l'alumini present en el bloc, deixant una estructura de níquel porosa en una gran àrea superficial, lo que li conferix la seua gran activitat catalítica. Un catalisador típic té un 85% en massa de níquel, percentage que correspon a uns dos àtoms de níquel per cada àtom d'alumini. L'alumini que queda despuix de l'activació contribuïx a preservar l'estructura porosa del catalisador.
Degut a que Raney és una marca registrada per W.R. Grace & Co., només els productes de Grace Davidson són cridats "Níquel Raney"; els catalisadors produïts per mig d'esta tècnica es denominen "catalisadors porosos" o "catalisadors d'esponja metàlica", ya que tenen propietats paregudes al níquel Raney.
Preparació
[editar | editar còdic]Preparació de l'aleació
[editar | editar còdic]Les aleacions es preparen fonent el metal actiu (níquel, encara que pot usar-se també ferro o coure) i l'alumini en un cresol, gelant ràpidament (templant) la mescla resultant; dita aleació es mol fins a obtindre una pols molt fina.[2] Dit pols pot tamísarse, per a obtindre una granulometría específica, ya que el tamany de gra depén de l'aplicació.
La composició inicial de l'aleació és important, ya que depenent de les proporcions de Ni i A l'es formen fases de diferents propietats, la qual cosa es traduïx en diferents porosidades en el producte final. La composició més comuna conté un 50% en massa de cada metal, casualment la proporció que Murray Raney va usar quan va descobrir el níquel Raney.
Durant el templat poden afegir-se menudes proporcions de metals com el zinc o el cromo, per a aumentar l'activitat catalítica; a eixe metal se li coneix com "promotor".[2] L'adició d'un tercer metal modifica les propietats de l'aleació i la seua diagrama de fases, lo que du a obtindre diferents propietats de templat i filtrat del producte.
Activació
[editar | editar còdic]L'estructura porosa del catalisador prové de l'eliminació selectiva de l'alumini de l'aleació, usant hidròxit de sodi acuoso. La reacció simplificada és:
- 2 A el + 2 NaOH + 6 H2O → 2 Na[Al(OH)4] + 3 H2
És necessari usar una dissolució molt concentrada de NaOH per a poder formar aluminato de sodi (Na[Al(OH)4]) en lloc d'hidròxit d'alumini, que precipita en forma de bayerita.[2] Aixina, s'usen concentracions fins a 5 M de NaOH. La bayerita pot bloquejar els poros que s'intenten formar en esta reacció, disminuint per tant l'àrea superficial del catalisador i reduint la seua eficiència.
La temperatura a la qual es fa l'atac químic definix les propietats catalítiques del producte; aixina, l'atac en NaOH es fa a temperatures que van de 70 a 100 °C. L'àrea superficial del níquel Raney (i de tots els catalisadors porosos en general) tendix a disminuir conforme aumenta la temperatura,[3] per reorganisació estructurals de l'aleació que podrien considerar-se anàlogues a la sinterización, ya que els lligaments solts de dins de l'aleació tendixen a unir-se uns en uns atres, disminuint l'àrea superficial.
Abans del seu almagasenament, el catalisador pot llavar-se en aigua destilada, a temperatura ambiente, per a eliminar les traces restants de aluminato de sodi. És necessari usar aigua sense oxigen dissolt per a previndre l'oxidació del catalisador, ya que dita oxidació disminuïx la seua eficàcia catalítica.[2]
Propietats
[editar | editar còdic]A simple vista, el níquel Raney es presenta com una fina pols grisa. Microscópicamente, cada partícula de catalisador s'assembla a una ret tridimensional, en buits de distints tamanys i formes, formats en la seua gran majoria durant l'atac de l'aleació en NaOH. El níquel Raney es caracterisa per ser termoestable i en una gran àrea superficial. Dites propietats són conseqüència directa del procés d'activació i contribuïxen al seu gran poder catalític.
Durant l'activació, l'alumini s'extrau de les fases NiAl3 i Ni2A el3, mentres que la major part d'alumini conservada ho fa en la forma NiAl. L'acte d'eliminar l'alumini d'algunes fases es diu desmetalificación o desaleación selectiva. La fase NiAl li proporciona l'estabilitat tèrmica al catalisador, aixina, l'aleació resultant és prou resistent a la descomposició (trencament o envelliment).[3] Este fet permet conservar el níquel Raney durant llarcs periodos de temps, encara que en el laboratori es preferixen les preparacions recents. En el mercat poden trobar-se les formes "actives" i "inactives" del catalisador.
L'àrea superficial es determina a través d'una mida d'adsorció BET, medint la cantitat de gas (per eixemple el hidrogen) que es adsorbe sobre la superfície. Per mig d'estes mides s'ha determinat que la gran majoria de l'àrea exposta conté àtoms de níquel,[2] i ya que el níquel és el metal actiu, es conclou que casi tota l'àrea superficial és adequada per a catalizar reaccions, d'ahí l'alta activitat catalítica que presenta este preparat. El níquel Raney comercial té un àrea superficial de més de 100 m²/g.
Una gran activitat catalítica, unida al fet de que l'hidrogen s'absorbix a través dels poros, fa del níquel Raney un catalisador útil en una gran varietat de reaccions d'hidrogenació. La seua estabilitat estructural i tèrmica permet el seu us en una gran varietat de condicions. Ademés, el seu solubilidad és despreciable en la gran majoria de dissolvents usats en el laboratori, en l'excepció dels àcits inorgànics fortes, com l'àcit clorhídric, ademés, el seu gran densitat (entre 6 i 7 g/cm³) facilita la seua separació de la fase líquida despuix de completar-se la reacció.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Raney, Murray (1927). "Method of producing Finely Divided Nickel
- Archivat el 25 de febrer de 2006 archivat en Wayback Machine.". US Patent 1628190, issued 1927-05-10.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 Ertl, Gerhard; Knözinger, Helmut (Eds.) (1997). Preparation of Solid Catalysts, Weinheim: Wiley. ISBN 3-527-29826-6
- ↑ 3,0 3,1 A.J. Smith and D.L. Trimm (2005). Annual Reviews in Materials Research, 35, 127-142.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Níquel Raney» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.