Ik denk dat sommige van de andere overgangselementen ook katalytische eigenschappen hebben. Rhodium wordt bijvoorbeeld over het algemeen naast platina of palladium in katalysatoren gebruikt om enerzijds koolmonoxide en koolwaterstoffen te oxideren en anderzijds $ \ ce {NO_x} $ te reduceren tot stikstof.

Dus , wordt de keuze vaak gemaakt op basis van relatieve kosten.

Maar natuurlijk zijn niet alle overgangselementen geschikt voor deze katalytische eigenschappen :

• Metalen zoals zilver en koper hebben een hoge affiniteit voor zwavel en vormen metaalsulfiden en sulfaten. Als dit gebeurt, zal er steeds minder metaal beschikbaar zijn om als katalysator te functioneren. Hoewel platina de neiging heeft niet volledig of onomkeerbaar vergiftigd te raken, kan het dus efficiënt worden gerecycled.
• Een ander punt houdt verband met de ‘Tammann-temperaturen’ van deze metalen elementen: in feite wordt in een katalysator metaal gebruikt in de vorm van nanodeeltjes verspreid op het oppervlak van een poreus dragermateriaal. Wanneer de temperatuur stijgt, beginnen de deeltjes mobiel te worden en samen te voegen (d.w.z. de katalytische activiteit gaat verloren). Dit proces is bekend onder de naam "sinteren" en wordt tastbaar naarmate het metaal de Tammann-temperatuur nadert. Deze temperatuur wordt vaak gedefinieerd als de helft van het smeltpunt van het metaal op de absolute temperatuurschaal. Metalen zoals goud, zilver en koper hebben zelfs een Tammann-temperatuur die ver onder de gemiddelde temperatuur van de uitlaatgassen ligt ($ 600-700 ^ 0 \ mathrm {C} $). Tammanntemperatuur is $ 750 ^ 0 \ mathrm {C } $ voor platina en $ 640 ^ 0 \ mathrm {C} $ voor palladium. Hoewel het slechts $ 405 ^ 0 \ mathrm {C} $ is voor koper, $ 345 ^ 0 \ mathrm {C} $ voor zilver en $ 395 ^ 0 \ mathrm {C} $ voor goud.

Samenvattend, het kandidaat-overgangselement voor gebruik als katalysator in een katalysator: 1) heeft een lage affiniteit voor gifstoffen zoals zwavelverbindingen; 2) kan efficiënt worden gerecycled; 3) heeft een relatief hoog smeltpunt.

Voor degenen zoals ik die het niet zeker wisten: de metalen uit de platinagroep bestaan ​​uit platina, palladium, iridium, ruthenium, rhodium en osmium.

Ik begrijp niet waar je vandaan komt het idee daaruit dat slechts twee daarvan goede katalysatoren zijn. Het hangt allemaal af van de toepassing waarnaar u op zoek bent.

• Wilkinsons katalysator, een zeer belangrijke reductiekatalysator, is op rhodium gebaseerd.
• De synthetisch uiterst belangrijke Sharpless asymmetrische dihydroxylering maakt gebruik van osmiumtetroxide als onderdeel van het katalytische systeem.
• De asymmetrische hydrogenering van Noyori is ruthenium -gebaseerd.
• Zowel Crabtree's katalysator als het Cativa-proces zijn op iridium gebaseerd.

En dit zijn gewoon heel willekeurige voorbeelden voor het gebruik van elk van die metalen. Er zijn er nog een miljoen. Volg gewoon de ASAP-artikelen van JACS of de Early View-artikelen van de Angewandte om steeds nieuwe katalytische toepassingen voor elk van die metalen te zien. Katalyse-tijdschriften zullen natuurlijk nog meer bevatten (zij het misschien niet zo nieuw).

Conclusie: Dit zijn allemaal geweldige katalysatoren. (Maar dat geldt ook voor de meeste andere overgangsmetalen.)

Platina, palladium en rhodium hebben een D-orbitale elektronenstructuur op het oppervlak van hun atomen die het tijdelijk kleven van andere moleculen stimuleert. Wanneer andere moleculen blijven plakken, verandert de algehele elektronenwolk van vorm waardoor de vastzittende moleculen zich kunnen herschikken tot nieuwe verbindingen. De katalysator verandert niet. De herschikte moleculen worden uiteindelijk naar buiten geduwd door nieuwe input (temperatuur veroorzaakte beweging) en de cyclus gaat verder.

Zie The Science of Catalysts And Catalytic Converters Dr. Emma Schofield, Johnson Matthey Technology Center. Ze zegt dat het een kwantumeffect is.

Een goede katalysator vergemakkelijkt een reactie bij een lagere temperatuur en druk terwijl hij niet deelneemt aan de reactie zelf. Platina heeft 4 ongepaarde elektronen in de buitenste schil, net als de andere elementen in deze groep, maar deze schil is een d-orbitaal die het verst van de kern verwijderd is en zeer zwak moleculaire bindingen vormt. Platina bevindt zich in feite aan de onderkant van de reactiviteitsreeks van metaal.

Omdat de reactiviteit zo laag is, terwijl de buitenste schil geschikt is voor zwakke bindingen, leent het zich goed als reactie platform voor sterkere hechtingsreacties. De reactanten binden tijdelijk zwak aan het platina-atoom totdat de andere reactant de reactant vindt door normale thermische beweging en de bijpassende reactant wegneemt in een sterkere binding, waardoor het platina ongebonden blijft. Denk aan het eenzame platina-atoom als een matchmaker die zwakke reactanten vasthoudt totdat de kandidaat-reactant zijn partner vindt en wegneemt van platina-matchmaker. Palladium is in dit opzicht vergelijkbaar.