Cientistas quebraram um recorde impressionante no ponto de fusão da platina: WebCuriosos

Os cientistas descobriram como tornar a platina mais acessível como um catalisador: transforme-o em um líquido de baixa temperatura.

É sabido há séculos que metais nobres como platina, ouro, rutênio e paládio são excelentes catalisadores para reações químicas, porque ajudar a quebrar as ligações químicas entre os átomos mais eficientemente do que outros metais.

Mas os metais nobres são raros e caros, por isso os grandes fabricantes industriais optam geralmente por alternativas mais baratas e menos eficazes, como o ferro. (O ferro é usado como catalisador na produção em massa de fertilizantes, por exemplo.)

A desvantagem de usar catalisadores de qualidade inferior é que as reações químicas devem ser aquecidas a altas temperaturas, o que aumenta a pegada de carbono de muitos processos industriais.

Numa conquista recorde, investigadores da UNSW Sydney e RMIT na Austrália dissolveram platina em gálio líquido, dividindo os átomos de platina para que houvesse mais potencial catalítico numa quantidade menor de platina.

A platina normalmente tem uma temperatura de fusão de 1.700 °C (3.092 Fahrenheit), o que significa que geralmente é um sólido quando usada como catalisador.

Ao infundir platina numa matriz de gálio, adota o ponto de fusão do gálio – um metal macio, prateado e não tóxico que derrete basicamente à temperatura ambiente de 29,8 °C. Uma característica útil do gálio líquido é que ele dissolve metais (como a água dissolve o sal e o açúcar), separando os átomos individuais em cada molécula.

A invenção tem potencial para economizar custos de energia e reduzir emissões na fabricação industrial, dizem os pesquisadores.

“Uma série de reações químicas importantes poderiam ser realizadas em temperaturas relativamente baixas com o uso de um catalisador mais eficiente como a platina líquida”, disse ao WebCuriosos o principal autor e engenheiro químico, Md. Arifur Rahim, da UNSW Sydney.

Os cientistas têm tentado tornar os caros catalisadores de metais nobres mais acessíveis através de um processo de “miniaturização” desde 2011, explica Rahim.

Quando os metais são sólidos, apenas os átomos externos podem ser usados ​​nas reações, portanto há muito desperdício. Se você quebrar esse sólido em aglomerados cada vez menores (pense em nanopartículas), obterá uma reação mais eficiente à medida que mais átomos de metal podem se formar – muitas mãos facilitam o trabalho.

O sistema mais eficiente e mais ínfimo disponibilizaria cada átomo individual para realizar o trabalho de um catalisador.

“Quando você miniaturiza o sistema, você maximiza a relação superfície-volume e a eficiência de utilização do átomo, de modo que o consumo geral do catalisador seja menor ao longo do tempo, e isso pode tornar seu produto acessível”, diz Rahim.

“Teoricamente, você obtém a eficiência máxima desse metal catalítico quando ele está em escala atômica, porque não pode ir além disso”.

Nos catalisadores de átomo único, as ligações que mantêm o catalisador unido são divididas e cada átomo é ancorado individualmente em uma substância chamada matriz.

Então, Rahim e colegas testaram o gálio como matriz. Uma vez dissolvido em gálio, eles descobriram que cada átomo de platina foi separado de todos os outros átomos de platina, tornando-o um catalisador em miniatura perfeito.

“Quando dissolvidos, os átomos de platina são dispersos espacialmente na matriz líquida de gálio sem agrupamento atômico (ou seja, a ausência de ligação platina-platina) que pode conduzir a diferentes reações catalíticas com notável atividade de massa”, escrevem os pesquisadores em seu artigo.

A platina é móvel quando está em uma matriz líquida e muito menos propensa à problema de coqueonde os catalisadores sólidos ficam cobertos de carbono e precisam ser limpos antes de poderem ser reutilizados.

O gálio não é tão barato quanto o ferro. Mas pode ser usado repetidamente para as mesmas reações. Isso ocorre porque, assim como a platina, o gálio não é desativado ou degradado durante a reação.

O processo de dissolução da platina no gálio requer o aumento da temperatura para cerca de 400 °C durante algumas horas. Mas é um investimento único de energia que evita novos aumentos de temperatura posteriormente durante o processo de fabricação química, dizem os pesquisadores.

A equipe espera que sua técnica leve a produtos muito mais limpos e baratos, desde fertilizantes até células de combustível verdes.

O estudo foi publicado na revista Química da Natureza.