Hallan posibilidad de determinar la actividad catalítica de un catalizador sin necesidad de ensayos

por | enero 7, 2019

Los catalizadores, como agentes aumentadores de la rapidez y la selectividad de una reacción química, constituyen una parte vital de los procesos de síntesis química en las distintas industrias existentes, principalmente la petroquímica. Sin la presencia de estos en los procesos petroquímicos y químicos básicos muy posiblemente el mundo no fuera como hoy lo conocemos y compuestos como la gasolina o el poli-cloruro de vinilo no existirían o lo harían en cantidades muy ínfimas.

El único problema con los catalizadores es su comportamiento catalítico impredecible. Hasta los momentos, el estudio de la actividad catalizadora de un determinado catalizador en una determinada reacción química es netamente empírico, ya que no existen métodos analíticos que permitan a los científicos, a través de cálculos, obtener una predicción lo suficientemente próxima a la realidad para saber cómo será la incidencia de un catalizador en una reacción. Debido a eso, en la actualidad, la búsqueda del catalizador más eficiente para una reacción química se realiza por medio de métodos de ensayo y error, los cuales consumen mucho tiempo y recursos en laboratorio.

Sin embargo, investigadores de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia (MISIS), en tándem con científicos de la Universidad de Linköping (Suecia), han encontrado la posibilidad de determinar la actividad de catalizadores sin necesidad de pruebas empíricas, un avance que incluso para el personal técnico de Desatascos es impresionante.

¿En qué se basa la posible determinación analítica de la actividad catalítica?

Ígor Abrikósov, profesor en MISIS y líder de la investigación, matizó que todo se basa en la hipótesis de que el cambio de los niveles electrónicos en los átomos de un catalizador está estrechamente vinculado con su actividad catalizadora. Basados en eso, Alexéi Tal, empleado del laboratorio donde se llevó a cabo el descubrimiento, afirmó que de esa forma ya no son necesarios los ensayos para determinar las actividades catalíticas, pues con tan sólo analizar los aspectos de rayos X del catalizador en estudio se puede realizar una aproximación bastante certera.

Todas las pesquisas necesarias para llegar a esas conclusiones se realizaron en el laboratorio de “Modelación y desarrollo de nuevos materiales” de MISIS, el cual está dotado de un avanzado sistema digital Cherry para el análisis de aspectos de rayos X. Cabe hacer la aclaración que toda esta investigación realizada en Rusia fue inspirada, como sus propios autores lo manifiesta, en una investigación publicada por la revista Science, donde los científicos de la Universidad de Utah (Salt Lake City, E.E.U.U) demostraron la relación existente entre los niveles electrónicos y la actividad catalizadora del paladio.

¿Cómo procederán con el cálculo de la actividad catalítica?

El equipo ruso de investigadores explicó que en primera instancia se deben calcular los cambios de niveles electrónicos en “nanoclusters”, que no son más que la aglomeración de nanopartículas de un catalizador. Seguidamente, calculan la energía de absorción de dichos clusters, la cual, según su pesquisa, equivale a la actividad catalítica del catalizador. A partir de ahí diseñarán una tabla de previsiones que permitirá calcular la actividad catalítica de cualquier nanopartícula para catalizar reacciones, según los cambios determinados en los niveles electrónicos.

Finalmente, Alexéi Tal argumenta que dichos cálculos ya fueron realizados con éxito en distintos sistemas, pero aún no se ha aplicado el enfoque sistémico para demostrar la veracidad de la hipótesis de modo unívoco.

¿Por qué es importante este descubrimiento?

Incluso teniendo reacciones químicas similares, los catalizadores muestran actividades catalíticas muy desiguales, por lo que antes de utilizar un catalizador en una reacción los científicos siempre tienen que realizar ensayos para determinar su eficiencia y su viabilidad catalítica en el proceso. No obstante, si se encontrará el método analítico irrefutable que pronostique la actividad catalizadora de cualquier catalizador en cualquier reacción química, como lo que propone el descubrimiento en cuestión, los ensayos empíricos se desdeñarían para abrir paso a la búsqueda de catalizadores más eficaces para las reacciones de uso industrial que ya catalizamos, pero no sabemos si lo hacemos de la mejor manera posible.

Esto representaría un ahorro económico sustancial para las industrias, porque ya no sería necesario invertir en pruebas de laboratorio. Además, supondría una revolución química orientada al descubrimiento de compuestos químicos ignotos y a la producción con mayor eficacia y menos gastos de los productos químicos que hoy en día conocemos.