रेनी निकल

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रेनी निकल 1: परिचय: सतही रूप से रेनी निकल एक बारीक भूरे रंग का पाउडर होता है; लेकिन सूक्ष्म स्तर पर, इस पाउडर के प्रत्येक कण में एक बहु-छिद्रीय संरचना होती है। ऐसी बहु-छिद्रीय संरचना के कारण इसका सतही क्षेत्रफल बढ़ जाता है। अधिक सतही क्षेत्रफल के कारण इसकी उत्प्रेरक क्षमता भी बहुत अधिक होती है। इसी कारण रेनी निकल का उपयोग कार्बनिक संश्लेषण एवं औद्योगिक उत्पादन में होने वाली हाइड्रोजनीकरण प्रक्रियाओं में एक अलग-प्रकार के उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है। चूँकि “रेनी”, ग्रेस केमिकल्स कंपनी का पंजीकृत ट्रेडमार्क है, इसलिए सख्ती से कहा जाए तो केवल उसी कंपनी के डेविडसन केमिकल्स विभाग द्वारा निर्मित उत्पादों को ही “रेनी निकल” कहा जा सकता है। जबकि “मेटल-स्केलेट कैटालिस्ट” या “स्पंज-मेटल कैटालिस्ट” ऐसे कैटालिस्टों को कहा जाता है, जिनकी संरचना में सूक्ष्म छिद्र होते हैं, एवं जिनके भौतिक एवं रासायनिक गुण रेनी निकल के समान होते हैं। 2. व्यावसायिक रूप से, रेनी निकल बनाने हेतु आवश्यक निकल-एल्यूमीनियम मिश्रधातु को भट्टी में उत्प्रेरक गुण वाली धातुओं (निकल, लोहा या तांबा) एवं एल्यूमीनियम को मिलाकर तैयार किया जाता है। इस मिश्रधातु को ठंडा करके फिर इसे बारीक कणों में बदल दिया जाता है। मिश्रधातु की संरचना तैयार करते समय, दो कारकों पर विचार करना आवश्यक है। पहला कारण है, मिश्रधातु में निकल एवं एल्यूमीनियम का अनुपात। जैसे-जैसे निकल एवं एल्यूमीनियम का अनुपात बदलता है, क्वेचिंग प्रक्रिया के दौरान विभिन्न प्रकार के निकल/एल्यूमीनियम यौगिक बनते हैं; इन यौगिकों की घुलनशीलता भी अलग-अलग होती है। इसके कारण अंतिम उत्पाद में भी अलग-अलग प्रकार की संरचनाएँ बन सकती हैं। आमतौर पर, समान मात्रा में निकल एवं एल्यूमीनियम का उपयोग मिलाने हेतु किया जाता है। दूसरा कारक है, तीसरे धातु का अनुपात। टेम्परिंग की प्रक्रिया में, कभी-कभी थोड़ी मात्रा में तीसरी धातुओं को भी मिलाया जाता है, जैसे जिंक, क्रोमियम। इनके जुड़ने से मिश्रधातु की संरचना एवं फेज-डायग्राम में परिवर्तन हो जाता है; इसके परिणामस्वरूप अलग-अलग प्रकार के अपघटन गुण प्राप्त होते हैं, जिससे उत्प्रेरक की क्रियाशीलता बढ़ जाती है। इसी कारण इन्हें “उत्प्रेरक” कहा जाता है। निकल-एल्यूमीनियम फेज चार्ट में, उन NiAl3, Ni2Al3 एवं NiAl फेजों को दर्शाया गया है, जो अपघटन अभिक्रियाओं से घनिष्ठ रूप से संबंधित हैं। 3. सक्रियीकरण: रेनी-निकल की उच्च उत्प्रेरक क्षमता, निकल के स्वयं के उत्प्रेरक गुणों एवं इसकी छिद्रयुक्त संरचना के कारण होती है। यह छिद्रयुक्त संरचना, निकल-एल्यूमिनियम मिश्रधातु से एल्यूमिनियम को गाढ़े हाइड्रोक्साइड सोडियम घोल के उपयोग से हटाने की प्रक्रिया के कारण बनती है; इस प्रक्रिया को “अवक्षेपण” कहा जाता है। सरल रूप में, अवक्षेपण अभिक्रिया इस प्रकार है:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2
चूँकि अवक्षेपण अभिक्रिया के कारण उत्प्रेरक की क्षमता बढ़ जाती है, एवं उत्पन्न होने वाली हाइड्रोजन गैस भी उत्प्रेरक में ही संग्रहीत हो जाती है; इसीलिए इस प्रक्रिया को “सक्रियीकरण” भी कहा जाता है। तैयार उत्पाद की सतही क्षेत्रफल, आमतौर पर गैसों (जैसे हाइड्रोजन) के अवशोषण प्रयोगों के माध्यम से मापा जाता है। प्रयोगों से पता चला कि लगभग सभी संपर्क क्षेत्रों में निकल मौजूद है। वाणिज्यिक रूप से उपलब्ध रेनी निकल में, निकल का औसत संपर्क क्षेत्रफल 100/ग्राम होता है। अवक्षेपण अभिक्रिया के परिणामों को प्रभावित करने वाले मुख्य तीन कारक हैं – मिश्रधातु की संरचना, उपयोग किए गए सोडियम हाइड्रॉक्साइड की सांद्रता, एवं अवक्षेपण अभिक्रिया का तापमान। जैसा कि पहले भी उल्लेख किया गया है, मिश्रधातु में कई प्रकार के निकल-एल्यूमिनियम यौगिक होते हैं। अवक्षेपण प्रक्रिया के दौरान, NiAl3 एवं Ni2Al3 यौगिकों में मौजूद एल्यूमिनियम सबसे पहले ही अभिक्रिया कर जाता है; जबकि NiAl यौगिकों में मौजूद एल्यूमिनियम की अभिक्रिया धीरे होती है। इसलिए अवक्षेपण की अवधि को समायोजित करके इस एल्यूमिनियम को संरक्षित किया जा सकता है। यही कारण है कि इस प्रक्रिया को “चयनात्मक अवक्षेपण” कहा जाता है। टाइपिकल एक्टिवेटेड रेनी निकल में निकल का अनुपात द्रव्यमान के हिसाब से 85% होता है; इसका अर्थ है कि इसमें 2/3 परमाणु निकल के ही होते हैं। शेष NiAl घटक में मौजूद एल्यूमीनियम, इस छिद्रयुक्त संरचना को बनाए रखने में मदद करता है; जिससे उत्प्रेरक को संरचनात्मक एवं ऊष्मीय स्थिरता प्राप्त होती है। इन्फ्यूजन अभिक्रिया में उपयोग होने वाले सोडियम हाइड्रॉक्साइड की सांद्रता काफी अधिक होनी चाहिए; आम तौर पर इसकी मात्रा 5 मोल/लीटर होनी आवश्यक है। ऐसा करने से ही एल्यूमीनियम को जल में घुलनशील सोडियम एल्यूमिनेट (Na) में तेजी से बदला जा सकता है, एवं एल्यूमिनियम हाइड्रॉक्साइड का अवक्षेप बनने से बचा जा सकता है। जैसे ही हाइड्रॉक्साल्यूमिनियम का अवक्षेप बनता है, यह अवक्षेप पहले से मौजूद छिद्रों को बंद कर देता है; इससे सोडियम हाइड्रॉक्साइड घोल के एलॉय में प्रवेश करने का रास्ता बंद हो जाता है। इसके कारण शेष एल्यूमिनियम की अभिक्रिया होना कठिन हो जाता है। इसके कारण उत्पाद की छिद्रयुक्त संरचना का सतही क्षेत्रफल कम हो जाता है, जिससे उसकी उत्प्रेरक क्षमता में कमी आ जाती है। अवक्षेपण प्रक्रिया के दौरान धीरे-धीरे बनने वाली छिद्रयुक्त संरचनाओं में, उनके सतही क्षेत्रफल को कम करने की प्रवृत्ति होती है; इसके कारण संरचना में परिवर्तन हो जाता है, एवं छिद्रों की दीवारें आपस में जुड़ जाती हैं, जिससे छिद्रयुक्त संरचना नष्ट हो जाती है। जब तापमान बढ़ता है, तो परमाणुओं की गति भी बढ़ जाती है; इससे संरचना में परिवर्तन होने की संभावना भी बढ़ जाती है। इसलिए, रेनी निकल का सतही क्षेत्रफल एवं उसकी उत्प्रेरक क्षमता, अपघटन अभिक्रिया के तापमान बढ़ने के साथ-साथ कम हो जाती है। वहीं, यदि अपघटन अभिक्रिया का तापमान बहुत कम हो, तो अभिक्रिया की गति भी धीमी हो जाती है। इसलिए, अपघटन अभिक्रिया हेतु आमतौर पर 70 से 100 डिग्री सेल्सियस का तापमान ही उपयुक्त माना जाता है।