Consiguen resolver una ecuación química que se mantuvo irresoluble durante un siglo

Por primera vez un equipo europeo, con participación española, ha demostrado experimentalmente el origen de la 'compensación en catálisis heterogénea'. De esta forma, los científicos han conseguido resolver una ecuación química que relaciona dos parámetros de una reacción, y que llevaba un siglo sin poder solucionarse.

El equipo internacional, formado por científicos del Institut Català d'Investigació Química (ICIQ) y de los centros FHI (Alemania) y ETH (Suiza), ha resuelto así la controversia acerca del origen de los efectos de compensación en catálisis heterogénea.

Este fenómeno fue descrito por F.H. Constable y E. Cremer a principios del siglo pasado, y se caracteriza por una ecuación matemática en la que se relacionan de forma lineal dos de los parámetros fundamentales en una reacción: la entalpía o variación de energía de una reacción y la entropía o grado de desorden.

Desde entonces, muchos han sido los investigadores que han intentado probar la veracidad de esta ecuación mediante simulaciones teóricas o sistemas modelo.

Sin embargo, debido a la complejidad de los estudios experimentales y a la limitación de las técnicas, todavía no se había podido corroborar experimentalmente.

Más de 2.000 simulaciones

El nuevo trabajo, publicado en la revista Nature Chemistry, es el primero en el que se han realizado pruebas experimentales para justificar el origen de los fenómenos de compensación.

La reacción de estudio ha sido la formación de cloro a partir de la oxidación del ácido clorhídrico mediante catálisis heterogénea de óxido de rutenio. Es decir, lo que se denomina la reacción de Deacon.

Por primera vez, se ha conseguido cuantificar in situ el recubrimiento del catalizador (RuO2) por las distintas especies que participan en la reacción: cloro y oxígeno.

Además, los estudios experimentales se han acompañado de otros estudios teóricos en los que el análisis de más de 2.000 simulaciones han identificado la entropía configuracional de la superficie del catalizador, es decir, las distintas conformaciones que pueden adquirir las especies implicadas en la reacción al recubrir el catalizador, como la pieza clave que explica el origen de la compensación y verifica las observaciones de Constable-Cremer.

Esta pionera investigación ayuda a comprender mejor los fenómenos de compensación en catálisis heterogénea, lo que servirá para optimizar determinados procesos químicos, así como mejorar su eficacia.

Referencia bibliográfica:

Detre Teschner, Gerard Novell-Leruth, Ramzi Farra, Axel Knop-Gericke, Robert Schlögl, László Szentmiklósi, Miguel González Hevia, Hary Soerijanto, Reinhard Schomäcker, Javier Pérez-Ramírez, Núria López. In situ surface coverage analysis of the RuO2- catalysed HCl oxidation reveals the entropic origin of compensation in heterogeneous catalysis. Nature Chemistry, julio de 2012. Doi:10.1038/nchem.1411.