Catalizzatori: attività e selettività
L’attività dei catalizzatori è definita da un’equazione matematica che coinvolge il tempo, il grado di avanzamento della reazione e la massa, il volume o la superficie nel caso di un catalizzatore solido. La natura del supporto utilizzato gioca un ruolo significativo nell’attività dei catalizzatori e nel meccanismo di reazione.
Un modo alternativo per esprimere la velocità, prevalentemente usato nel campo della catalisi enzimatica, è dato dal turnover number, N (espresso in tempo-1), in cui il parametro Q si identifica con il numero di siti catalitici superficiali. Questo rappresenta il numero di molecole di un determinato reagente che spariscono nell’unità di tempo per centro catalitico in condizioni specifiche.
Talvolta può risultare utile effettuare il confronto tra due diversi catalizzatori sulla base delle temperature in corrispondenza delle quali la velocità ha un valore assegnato, concetto noto come temperatura isocinetica.
Molti catalizzatori sono in grado di accelerare diverse reazioni. Ad esempio, in processi di ossidazione catalitica degli idrocarburi olefinici si possono ottenere diversi prodotti di ossidazione parziale, tra cui biossido di carbonio e acqua.
Per descrivere il comportamento dei catalizzatori nei casi in cui possono aver luogo diverse reazioni, si impiega il concetto di selettività, rappresentato da un valore che si avvicina all’unità quando la sostanza desiderata viene prodotta in modo selettivo da un catalizzatore. L’analisi della selettività implica un’indagine dello schema di reazione che interviene nel processo in esame.
I diversi schemi di reazione includono reagenti che competono sugli stessi centri catalitici, un singolo reagente che può portare a due diversi prodotti attraverso due diversi cammini di reazione e due reazioni successive.
Queste considerazioni mostrano come la natura dei catalizzatori e il loro impatto sulle reazioni chimiche siano soggetti a molteplici variabili e possono essere studiati da diversi punti di vista.