Shape selectivity

shape selectivity

Espressione usata per qualificare un particolare tipo di catalisi (catalisi per selettività di forma), caratteristica di alcuni catalizzatori solidi zeolitici. La catalisi per shape selectivity è basata sul fatto che alcune zeoliti possiedono all’interno della struttura cristallina una rete di pori, cavità e canalicoli di dimensioni uniformi e simili a quelle delle molecole organiche semplici. È all’interno di queste cavità che si trovano i siti attivi responsabili delle proprietà catalitiche del materiale e hanno pertanto luogo le reazioni chimiche desiderate. Questa caratteristica fa sì che, a seconda della dimensione relativa delle molecole e della sezione dei pori, una certa specie chimica possa o meno accedere ai canali, muoversi al loro interno o uscirne. In presenza di diverse specie chimiche, e quindi di diverse possibili reazioni tra loro in competizione, questa limitazione geometrica (o sterica) esercita un’azione di selezione consentendo il passaggio di alcune molecole e non di altre, e pertanto ostacola o impedisce che avvengano alcune reazioni rispetto ad altre. L’azione selettiva può essere di tre tipi: (a) verso i reagenti; (b) verso i prodotti; (c) verso lo stato di transizione. Nel primo caso, alcune molecole contenute nella miscela reagente sono troppo grandi per poter diffondere attraverso i pori del catalizzatore e dare luogo alla reazione; nel secondo caso, alcuni dei prodotti che si formano all’interno dei pori sono troppo grandi per poter diffondere all’esterno e quindi restano intrappolati, non manifestandosi di fatto come prodotti osservati (col tempo, essi vengono convertiti in molecole meno grandi); nella selettività di forma verso lo stato di transizione, infine, certe reazioni non possono avvenire perché il corrispondente stato di transizione richiederebbe più spazio rispetto a quello disponibile nelle cavità o nei pori. In questo terzo caso, quindi, sebbene sia i reagenti sia i prodotti delle varie reazioni possibili siano liberi di penetrare e diffondere nei pori, solamente le reazioni che procedono attraverso stati di transizione più piccoli procedono senza ostacoli. Il riconoscimento di questo particolare tipo di catalisi risale all’inizio degli anni Sessanta del XX sec. Tra le zeoliti che funzionano con questo meccanismo, una delle più importanti è la ZSM-5. Un esempio di applicazione della catalisi per shape selectivity si ha nella isomerizzazione dello xilene: in questo processo i due isomeri di minore interesse industriale, metaxilene e ortoxilene, vengono convertiti nel paraxilene, più pregiato perché usato nella produzione dell’acido tereftalico, precursore di molti polimeri di tipo poliestere.

→ Zeoliti