Hoe doet platina zijn werk als katalysator ?

[Richard0]

Als men waterstof en zuurstof over platina stuurt, dan doet platina zijn werk
als katalysator.

Hoe doet platina dat ?

Mijn inschatting is dat platina 2 electronen naar zich toetrekt om
semi-edelgas-configuratie te krijgen, n.l. die van kwik (Hg).

Kwik is niet voor niets liquid bij kamer temperatuur.

De electronen configuratie van platina:

[78] Pt : [Xe] (4f14) (5d9) (6s1)

De electronen configuratie van kwik:

[80] Hg : [Xe] (4f14) (5d10) (6s2)

Waarom stoot platina die electronen daarna weer af ?
Door de coulomb kracht van de electronen van platina zelf.
Het lijkt mij een soort aantrekking/afstoting proces.

Platina trekt geen protonen aan, en de protonen van platina zelf hebben geen invloed,
anders zou men met zwaardere elementen hetzelfde kunnen doen.
Blijft over: de specifieke electronen configuratie van platina zelf.

[Benm]

Het is een heel complex verhaal, maar moleculen als waterstof kunnen zich binden aan deeltjes platina, waardoor hun onderlinge binding zwakker wordt, en reactie met bijvoorbeeld zuurstof bij lage temperatuur kan plaatsvinden.

Bedenk wel dat dat platina hier niet als los atoom reageert, maar als metaal. Kleine deeltjes werken wel het beste omdat die relatief veel oppervlak hebben (gewoon een blokje platina gaat niet zoveel doen). Vaak worden die aangebracht op een drager die verder niets met de reactie van doen heeft.

Dit is dus anders dan katalyse door metalen in oplossing, dat bestaat ook, maar dan heb je het over metaalionen, geen neutrale vaste stof.

[Richard0]

Dank u wel.

Maar HOE werkt dit principe ?

[NW_]

Heterogene katalytische reacties zijn altijd relatief complex. Het antwoord op je algemene vraag is niet in enkele regels weer te geven. Ik stel voor dat je je eerst grondig verdiept in de theorie van de heterogene katalytische chemie. Over dit onderwerpen zijn leerboeken vol geschreven. Vervolgens kun je hier met je specifieke vragen terecht.

[Richard0]

Goed, dat zal ik proberen.

[Pinokkio]

Wie meer wil weten over hoe metaalkatalysatoren (platina, ijzer, cobalt, nikkel, ....) precies werken moet zich verdiepen in de oppervlaktechemie van katalysatoren.

Google eventueel zelf met: surface chemistry of platinum catalysts.

Dit is echter een zeer complexe materie dus bezint eer ge begint.

[Benm]

Het is zeker complexe materie en daarom ook niet in enkele zinnen uit te leggen.

Als je gaat googelen voor meer informatie dan zou ik aanraden (ook) te zoeken naar 'palladium on carbon' - dat is een redelijk veel gebruikte katalysator in onderzoek, en zit in dezelfde groep als platina. Het prijsverschil tussen beide metalen is overigens niet spectaculair, ik vermoed dat palladium domweg beter werkt.

[Richard0]

Palladium (46Pd) heeft de volgende electronen configuratie: [Kr] 4d10

Is dan de electronen configuratie van Cadmium (48Cd) energetisch gunstiger ?

Namelijk: [Kr] 4d10 5s2

Het balletje dat ik opwerp is, dat een katalysator twee electronen naar
zich toetrekt, omdat dit energetisch voordeliger is; hierdoor valt het
atoom - waaruit die electronen getrokken worden - uit elkaar.

[Richard0]

Nikkel is ook een katalysator.

28Ni : [Ar] 3d8 4s2 (trekt 2 electronen aan om een Zink configuratie te krijgen)

30Zn : [Ar] 3d104s2 (beide schillen (d en s) vol : energetisch gunstiger)

[Pinokkio]

Het balletje dat ik opwerp is, dat een katalysator twee electronen naar
zich toetrekt, omdat dit energetisch voordeliger is; hierdoor valt het
atoom - waaruit die electronen getrokken worden - uit elkaar.

Wat jij dacht hadden we al eerder begrepen maar zo simpel is het niet.
Bovendien: als de kat zo graag elektronen op zou nemen, waarom zou die ze even later weer afstaan?
De metalen in katalysators staan overigens niet echt bekend als oxidatoren (elektronenopnemers).

De geschikte metaalkatalysatoren zijn in het verleden vooral door uitproberen gevonden.
Zo is ijzer (geen oxidator maar een onedel metaal dus juist een reduktor) de kat in het beroemde Haber-Bosch proces https://en.wikipedia.org/wiki/Haber_process om NH₃ te synthetiseren uit N₂ en H₂.
Dit proces is begin vorige eeuw uitgevonden en 100 jaar later, in 2007, kreeg Gerhard Ertl de Nobel-prijs voor chemie voor de verklaring van de werking van die ijzerkatalysator: de N₂ en H₂ molekulen worden geadsorbeerd en gesplitst in losse N en H atomen (niet ionen) die dan aan het katoppervlak reageren tot NH₃.
Ertl's research ging overgens veel verder dan alleen ijzer en NH₃ synthese:
https://www.nobelprize.org/uploads/2018 ... ze2007.pdf

[Pinokkio]

Deze link had er ook bij gemoeten: https://pdfs.semanticscholar.org/de30/e ... 3a94bc.pdf

[Richard0]

Met andere woorden: wie kan mij nu vertellen HOE dit gebeurt.

Ik hoor alleen DAT het gebeurt.

[Michel Uphoff]

Dat is uitgebreid toegelicht: Het is zeer complexe materie die zich niet in een paar forumberichten laat uitleggen.
Dus doorvragen over het HOE heeft hier niet zoveel zin. Wil je dat wel trachten te doorgronden, neem dan de gegeven tips ter harte, volg de gegeven links en verdiep je in de complexe materie.

[Benm]

Inderdaad, bovendien is het mechanisme niet altijd hetzelfde.

Platina en palladium katalysatoren worden gebruikt voor allerlei processen: van het harden van vetten tot opschonen van wat er uit de uitlaatpijp van je auto komt, tot het verbranden waterstof of eenvoudige koolwaterstoffen bij lage temperatuur voor verwarming zonder gevaarlijke vlammen.

Als je er diepere interesse in hebt dan zou ik adviseren 1 bepaalde reactie te kiezen, en daarvan zoveel mogelijk over het mechanisme proberen te vinden in de literatuur.

Overigens is er absoluut geen garantie dat je het mechanisme kunt terugvinden: voor sommige reacties is gewoon bekend -dat- iets als palladium op koolstof een goede katalysator is, maar niet per se hoe dat op atomair of quantummechanisch niveau werkt.

Als je als chemicus bijvoorbeeld een dubbele binding wilt hydrogeneren kun je domweg proberen of dat lukt met een katalysator die voor andere stoffen werkt, en dit gebruiken en publiceren zonder precies te weten hoe het werkt.