Reazione Boudouard - Boudouard reaction
La reazione di Boudouard , che prende il nome da Octave Leopold Boudouard , è la reazione redox di una miscela di equilibrio chimico di monossido di carbonio e anidride carbonica a una data temperatura. È la sproporzione del monossido di carbonio in anidride carbonica e grafite o il suo contrario:
- 2CO ⇌ CO
2 + Do
- 2CO ⇌ CO
La reazione di Boudouard per formare anidride carbonica e carbonio è esotermica a tutte le temperature. Tuttavia, l' entalpia standard della reazione di Boudouard diventa meno negativa all'aumentare della temperatura, come mostrato a lato.
Mentre l' entalpia di formazione della CO
2è superiore a quella di CO , l'entropia di formazione è molto più bassa. Di conseguenza, l' energia libera standard di formazione di CO
2dai suoi elementi componenti è pressoché costante e indipendente dalla temperatura, mentre l'energia libera di formazione della CO diminuisce con la temperatura. Ad alte temperature, la reazione diretta diventa endergonica , favorendo la reazione inversa ( esergonica ) verso il CO, anche se la reazione diretta è ancora esotermica .
L'effetto della temperatura sull'entità della reazione di Boudouard è meglio indicato dal valore della costante di equilibrio che dall'energia libera standard di reazione . Il valore di log 10 ( K eq ) per la reazione in funzione della temperatura in Kelvin (valido tra 500–2200 K ) è approssimativamente:
log 10 ( K eq ) ha valore zero a975 K .
L'implicazione della variazione di K eq con la temperatura è che un gas contenente CO può formare carbonio elementare se la miscela si raffredda al di sotto di una certa temperatura. L'attività termodinamica del carbonio può essere calcolata per un CO / CO
2miscela conoscendo la pressione parziale di ciascuna specie e il valore di K eq . Ad esempio, in un ambiente riducente ad alta temperatura, come quello creato per la riduzione dell'ossido di ferro in un altoforno o per la preparazione di atmosfere cementanti , il monossido di carbonio è l'ossido stabile di carbonio. Quando un gas ricco di CO viene raffreddato fino al punto in cui l'attività del carbonio supera uno, può aver luogo la reazione di Boudouard. Il monossido di carbonio tende quindi a sproporzionarsi in anidride carbonica e grafite, che forma fuliggine .
Nella catalisi industriale , questo non è solo un pugno nell'occhio; la fuliggine (detta anche coking) può causare danni gravi e persino irreversibili ai catalizzatori e ai letti di catalizzatori. Questo è un problema nel reforming catalitico del petrolio e nel reforming a vapore del gas naturale .
La reazione prende il nome dal chimico francese Octave Leopold Boudouard (1872-1923), che nel 1905 indagò su questo equilibrio.
Usi
Sebbene l'effetto dannoso del monossido di carbonio sui catalizzatori sia indesiderabile, questa reazione è stata utilizzata nella produzione di scaglie di grafite , grafite filamentosa e cristalliti di grafite lamellare, nonché nella produzione di nanotubi di carbonio . Nella produzione di grafite, i catalizzatori utilizzati sono molibdeno , magnesio , nichel , ferro e cobalto , mentre nella produzione di nanotubi di carbonio vengono utilizzati catalizzatori di molibdeno , nichel , cobalto , ferro e Ni-MgO.
La reazione di Boudouard è un processo importante all'interno di un altoforno . La riduzione degli ossidi di ferro non è ottenuta direttamente dal carbonio, poiché le reazioni tra i solidi sono tipicamente molto lente, ma dal monossido di carbonio. L'anidride carbonica risultante subisce una reazione di Boudouard (inversa) al contatto con il carbonio del coke .
Riferimenti
link esterno
Robinson, RJ "Processo Boudouard per il gas di sintesi" . ABC delle energie alternative. Archiviato dall'originale il 21 gennaio 2018 . Estratto il 12 luglio 2013 .