Níquel de René

Thread Content

Níquel de Raney 1. Visão geral: Superficialmente, o níquel de Raney é um pó cinza e fininho. Porém, em escala microscópica, cada partícula desse pó possui uma estrutura porosa tridimensional. Essa estrutura porosa aumenta sua área de superfície. Uma área de superfície tão grande resulta em alta atividade catalítica. Por isso, o níquel de Raney é amplamente utilizado como catalisador heterogêneo em reações de hidrogenação na síntese orgânica e na produção industrial. Como “Raney” é uma marca registrada da Grace Chemicals, em termos estritos, apenas os produtos produzidos pelo departamento de química da Davidson, que faz parte dessa empresa, podem ser chamados de “níquel Raney”. Já os “catalisadores de esqueleto metálico” ou “catalisadores esponja-metálico” são termos usados para se referir a catalisadores com estrutura microporosa, cujas propriedades físicas e químicas são semelhantes às do níquel de Raney. 2. Produção: comercialmente, a liga de alumínio-níquel necessária para a produção de níquel rené é obtida fundindo, em fornos, metais com atividade catalítica (níquel, ferro ou cobre) com alumínio. O metal fundido é então resfriado rapidamente e posteriormente esmagado para formar partículas finas e uniformes. No projeto dos componentes da liga, dois fatores devem ser levados em consideração. Primeiro, há a proporção de níquel e alumínio na liga. À medida que essa proporção muda, diferentes fases de níquel/alumínio são formadas durante o processo de revenimento. Essas fases possuem propriedades de lixiviação diferentes, o que pode resultar em uma estrutura porosa muito diferente no produto final. Geralmente, utiliza-se uma massa igual de níquel e alumínio para a fusão. O segundo é a proporção de adição do terceiro metal. Durante o processo de revenimento, às vezes é adicionada uma pequena quantidade de um terceiro metal, como zinco ou cromo. Sua adição altera a composição da liga e o diagrama de fases, resultando em diferentes propriedades de lixiviação e, consequentemente, em maior atividade catalítica; por isso, são chamados de “promotores”. O diagrama de fases de níquel-alumínio indica as fases NiAl3, Ni2Al3 e NiAl, que estão intimamente relacionadas às reações de lixiviação. 3. Ativação: A alta atividade catalítica do níquel de Rheney se deve às propriedades catalíticas do próprio níquel, bem como à sua estrutura porosa. Essa estrutura porosa surge a partir da remoção do alumínio da liga de níquel e alumínio, utilizando uma solução concentrada de hidróxido de sódio. Esse processo é chamado de lixiviação. A reação de lixiviação pode ser simplificada da seguinte forma: 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2. Como a reação de lixiviação aumenta a atividade catalítica, o hidrogênio produzido é armazenado no catalisador. Por isso, esse processo também é chamado de ativação. A área de superfície do produto final é geralmente medida por meio de experimentos de adsorção de gases (como hidrogênio). Os experimentos revelaram que o níquel está presente em quase toda a área de contato. A área de contato média com níquel no níquel René comercializado é de 100/g. Existem três fatores principais que influenciam o resultado da reação de lixiviação: a composição da liga, a concentração de hidróxido de sódio utilizado e a temperatura da reação de lixiviação. Como mencionado anteriormente, as ligas contêm várias fases de níquel e alumínio. Durante o processo de lixiviação, o alumínio presente nas fases NiAl3 e Ni2Al3 reage primeiro. Já o alumínio presente na fase NiAl reage mais lentamente, podendo ser preservado por meio do ajuste do tempo de lixiviação. É por isso que esse processo é chamado de “lixiviação seletiva”. No níquel de René ativado típico, o níquel representa 85% da massa, o que significa que 2/3 dos átomos são de níquel. O alumínio presente na fase remanescente de NiAl pode ajudar a manter essa estrutura porosa, proporcionando estabilidade estrutural e térmica ao catalisador. A concentração de hidróxido de sódio utilizado na reação de lixiviação deve ser bastante alta; geralmente, é necessário que ela atinja 5 mols/litro. Isso permite que o alumínio seja convertido rapidamente em solução de aluminato de sódio (Na), evitando assim a formação de precipitados de hidróxido de alumínio. Assim que se forma o precipitado de hidróxido de alumínio, este bloqueia os orifícios já existentes, impedindo que o restante da solução de hidróxido de sódio entre na liga. Isso faz com que o alumínio remanescente seja mais difícil de reagir. Isso faz com que a área de superfície da estrutura porosa do produto diminua, reduzindo assim sua atividade catalítica. A estrutura porosa que se forma gradualmente durante o processo de lixiviação tem uma forte tendência a reduzir sua área de superfície. Isso provoca uma reorganização da estrutura, com as paredes dos poros se unindo entre si, o que acaba destruindo a estrutura porosa. Além disso, o aumento da temperatura faz com que os átomos se movam mais rapidamente, aumentando assim a tendência de reorganização da estrutura. Por isso, tanto a área de superfície quanto a atividade catalítica do níquel de Raney diminuem à medida que a temperatura da reação de lixiviação aumenta. Por outro lado, se a temperatura de lixiviação for muito baixa, a velocidade da reação será excessivamente lenta. Portanto, a temperatura de lixiviação usualmente utilizada fica entre 70 e 100 graus Celsius.