Descreva dois exemplos de metais de transição atuando como catalisadores industriais. Justifique a escolha dos metais com base em suas propriedades eletrônicas.
Passo 1
O enunciado pede para descrever dois exemplos de metais de transição usados como catalisadores em processos industriais e justificar a escolha de cada metal com base em suas propriedades eletrônicas. O conteúdo envolve catálise heterogênea, interação molécula-superfície metálica e a importância dos orbitais
e dos estados de oxidação variáveis desses metais.
Passo 2
Como primeiro exemplo, consideremos o ferro no processo Haber–Bosch de síntese de amônia, cuja reação global é
O ferro surge como catalisador em leitos fixos, muitas vezes promovido com óxidos de potássio e alumínio. A justificativa eletrônica é:
- O ferro metálico possui configuração eletrônica
, com orbitais parcialmente ocupados que permitem tanto a doação de elétrons para o antibonding do (afinando a ligação tripla) quanto o back-donation, enfraquecendo a molécula de . - A superfície de Fe pode exibir vários estados de oxidação (0,
, ) em sítios distintos, facilitando etapas de adsorção e dissociação sequencial de e . - A densidade de estados eletrônicos próximos ao nível de Fermi no Fe favorece a interação forte o suficiente para ativar as moléculas, mas sem “prender” demais os intermediários.
Passo 3
Como segundo exemplo, tomemos o níquel de Raney na hidrogenação de óleos vegetais insaturados, processo em que duplas ligações
são saturadas:
O níquel de Raney é uma esponja metálica com alta área superficial. A justificativa eletrônica é:
- O Ni metálico tem configuração
, apresentando orbitais com energia adequada para dissociar em átomos e adsorver alcenos. - A tolerância a variações de carga superficial (
/ +) permite formar dessaques de hidreto e transferência eletrônica ao substrato insaturado. - A densidade de estados
perto do nível de Fermi assegura ativação eficiente de sem gerar ligações tão fortes que inviabilizem a liberação do produto saturado.
Resposta
- Ferro em leito fixo no processo Haber–Bosch de síntese de amônia, escolhido por ter orbitais
parcialmente ocupados e múltiplos estados de oxidação que permitem ativar e dissociar e . - Níquel de Raney na hidrogenação de óleos vegetais, escolhido por sua configuração
que promove dissociação de , adsorção de duplas ligações e facilitação da transferência eletrônica ao substrato.