Estudo químico quântico da adsorção de H2 em paládio

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Físico-Química

Autores

Oliveira, K.M.B. (IFAL) ; Ferreira, J.V. (IFAL)

Resumo

Em uma reação de catálise heterogênea, o ciclo catalítico consiste de uma etapa inicial de adsorção seguida por uma reação na superfície (dissociação e recombinação), finalizando por uma dessorção dos produtos. Neste trabalho através de métodos de química quântica identificamos um estado de mais baixa energia para a adsorção de H2 em uma superfície de paládio, correspondente ao estado pré- dissociativo.

Palavras chaves

adsorção; química quântica; paládio

Introdução

Uma boa descrição das reações químicas que ocorrem na superfície de sólidos é essencial para entender o funcionamento de uma gama variada de processos importantes, entre eles, os inúmeros procedimentos catalíticos. Quando uma molécula gasosa se aproxima de uma superfície sólida, ela pode perder energia suficiente para ficar presa na superfície, ocorrendo a adsorção (NASCENTE, 1991). A adsorção tem um papel muito importante em diversos processos de interesse tecnológico, como a catálise heterogênea e a corrosão. Na grande maioria das reações em catálise heterogênea o ciclo catalítico consiste de uma etapa inicial de adsorção seguida por uma reação na superfície (dissociação e recombinação), finalizando por uma dessorção dos produtos. Dois modelos são usados para explicar o mecanismo de dissociação de uma molécula na superfície: o modelo direto e o modelo com estado precursor. Com o modelo que prevê um estado precursor a molécula é adsorvia intacta e em seguida se dissocia. O estado precursor ocorre como resultado da menor energia cinética da molécula incidente na colisão com a superfície. Os metais de transição têm sido muito utilizados em processos catalíticos. Neste trabalho, utilizou-se métodos de química quântica para mostrar mecanismo de adsorção da molécula de hidrogênio em superfície de paládio.

Material e métodos

Utilizou-se métodos de química quântica ab initio DFT-B3PW91, com função de base Lanl2dz para o cálculo das energias nos programas de computador: GaussView 3.0 e Gaussian 2003 (FRISCH et AL, 2003).

Resultado e discussão

Descrevemos a superfície de paládio com apenas um átomo. A curva de energia potencial (figura 1) compara a energia para diferentes orientações da molécula de H2 na superfície de Pd. Observa-se claramente na figura 1 a existência de um estado de mais baixa energia (pré-dissociado), em que a molécula está pouco inclinada em relação à superfície, formando um ângulo H-H-Pd de 90o e distância H- H de 0,80 Å. A distância de ligação obtida pouco difere do valor para a molécula livre (0,74 Å), o que demonstra que ele não está dissociada.

A figura representa a curva de energia potencial da interação entre a molécula de hidrogênio e o átomo de paládio.

Conclusões

Mostramos neste trabalho que a molécula de H2 é adsorvida numa geometria inclinada em relação a superfície, esse estado se caracteriza como precursor da dissociação.

Agradecimentos

À PETROBRAS pelo financiamento da bolsa de estudo.

Referências

- NASCENTE, P. A. P. Adsorção e ordenamento moleculares sobre paládio (111). Tese de doutorado, Unicamp, 1991, orientador: Sandra G. Carnicero de Castro.

- FRISCH, M. J. Gaussian 03, Revision B. 04. Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2003.

- FERREIRA, J. V. Aplicações de Métodos da Química Quântica: Adsorção de H2 em Pd e um Modelo Molecular para Nucleons. 2008. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de Pernambuco.