Connect with us

Fizika i kemija

Kako dobiti jeftin paladijski katalizator

Malo se koje kemijsko otkriće, da ne kažem kemijski pokus, može mjeriti s onime koje je u 19. stoljeću, 1823. godine napravio njemački kemičar Johann Wolfgang Döbereiner, kojeg pamtimo – između ostalog – i kao preteču Mendeljejeva, jer je prvi uočio periodično ponavljanje svojstava elemenata u ovisnosti o relativnoj atomskoj masi. Što je Döbereiner napravio, što je otkrio? Otkrio je da se vodik pali sam od sebe kada dođe u dodir s crnom (ili spužvastom) platinom.

Upravo je to svojstvo platine, da potiče kemijske reakcije a da se pritom sama ne mijenja, navelo Šveđanina Berzeliusa da 1835. godine dade ime novoj kemijskoj pojavi – kataliza – i tvari na kojoj se ona osniva – katalizator. To bi bila teorija. A praksa? Svojstvo platine da pali vodik dovelo je Döbereinera do važnog izuma – „upaljača na vodik“. Pritiskom na tipku razvijao se u upaljaču vodik (djelovanjem sumporne kiseline na cink), koji bi se potom palio na platini. Zašto je to važno? Zato što u to doba nije bilo šibica, a niti – razumije se – električne rasvjete, pa tko nije htio tapkati u mraku morao je pustiti da mu svijeća cijelu noć gori. Ovako je, zahvaljujući upravo Döbereinerovom upaljaču, mogao upaliti plamen, tj. svjetlo kad god hoće.

No što nas ovdje najviše zanima upravo je platina koja nije sjajna nego crna. Riječ je o platini, pripremljenoj posebnim kemijskim postupkom, čija površina nije glatka nego hrapava i šupljikava, a kako je katalitičko djelovanje platine (i svakog drugog krutog katalizatora) to bolje što mu je aktivna (stvarna) površina veća, jasno je da će crna (spužvasta) platina biti bolji katalizator od one sjajne. Ona ima naime nekoliko stotina puta veću stvarnu od prividne površine.

Zanimanje za katalitičko djelovanje platine poraslo je kada su se pojavile gorivne ćelije na vodik, a još više kada su se one iz svemirskih visina i daljina (jer su razvijene za potrebe projekta Apollo) spustile na zemlju da bi se – nadajmo se – u skoroj budućnosti našle u svakom većem vozilu. U gorivnim ćelijama događa se isti proces, spajanje vodika s kisikom, kao i u Döbereinerovom upaljaču, pa se samo po sebi razumije da su i elektrode u njima napravljene od (spužvaste) platine. No platina i njoj sličan metal paladij je skupa, a usto i rijetka. Gdje te metale naći i čime ih zamijeniti?

Treba ih zamijeniti njima samima! Kako kruti katalizatori djeluju samo na svojoj površini, atomi ispod površine metala (platine, paladija, rodija, nikla…) zapravo ničemu ne služe. Da bi se ti atomi aktivirali treba sve atome razdvojiti te ih raspršiti u inertnoj tvari. Upravo su to učini kineski znanstvenici iz Sjedinjenih Država i Kine te su svoje rezultate objavili u siječanjskom broju časopisa Cell Reports of Physical Science. Što su zapravo napravili?

Uzeli su dva praha, dvije soli te ih ustinili i pomiješali. Prva je sol bila kompleksni spoj cinka i acetilacetona, Zn(acac)2, a druga, slično, paladijev acetilacetonat, Pd(acac)2. Nakon žarenja dva sata pri 400 oC dobili su izdvojene atome paladija raspršene u cinkovom oksidu, Pd1/ZnO. Koliko je upravo postupak ustinjavanja i miješanja bio presudan vidi se iz toga što su smjesu cinkova i paladijeva acetilacetonata miješali i mrvili čak 10 sati u mlinu s kuglama pri brzini od 400 okretaja po minuti – kugla je kroz prah prošla 240 tisuća puta!

Zahvaljujući ovakvom temeljitom miješanju uspjeli su dobiti katalizator koji je sadržavao samo 0,25 % paladija. No unatoč tome pokazao se uspješnim u kataliziranju hidrogenizacije feniletina (feinilacetilena) u fenileten, a i u drugim reakcijama. Štoviše, autori su spomenutog rada uspjeli istim postupkom prirediti slične katalizatore na bazi rodija i bakra, Rh1/ZnO i Pd1/CuO.

Iako se za ovakve, jednoatomne katalizatore (single-atom catalyst, SAC) znalo i prije, oni su se priređivali složenim i skupim postupcima i to u sasvim malim količinama. No mehanokemijskom sintezom, kako se zove opisani postupak mljevenja i miješanja, moguće je odjednom dobiti čitav kilogram jednoatomnog katalizatora, a da se pritom ništa ne izgubi na kakvoći. Cijena? Otprilike 400 puta manja: gram paladija stoji 50 dolara, kilogram katalizatora Pd1/ZnO nešto više od 100 dolara.

Izvor

Continue Reading
Advertisement

Trending