Los catalizadores. El catalizador Ziegler-Natta.

El 12 de agosto de 1973, fallecía el químico alemán Karl Ziegler (26 de noviembre de 1898 en Helsa (cerca de Kassel); 12 de agosto de 1973 en Mülheim an der Ruhr).

zieglerZiegler ganó el premio Nobel de química en 1963 compartiéndolo con el italiano Giulio Natta, por sus trabajos en la tecnología de los polímeros de alta masa molecular.

Se formó en la Universidad de Marburgo, en la que se licenció en 1920 y se doctoró en 1923 en la Universidad de Marburg. Trabajó como profesor universitario en Fráncfort y en Heidelberg, hasta que en 1943 fue nombrado director del prestigioso Instituto Max Planck de Investigaciones sobre el carbono, situado en la ciudad de Mülheim.

Trabajó en la química de los radicales químicos con carbono trivalente y en la síntesis de compuestos policíclicos como la cantaridina.

Su investigación en el campo de los radicales con carbono trivalente y la síntesis de compuestos policíclicos fue premiada con la Medalla Leibig en 1935.

Entre 1943 y 1969 fue director del Instituto Kaiser Wilhelm (posteriormente Max Planck). Como miembro científico, siguió colaborando posteriormente con el Instituto.

En el Insituto inició sus investigaciones estudiando las reacciones entre los compuestos organometálicos, especialmente de litio, y el butadieno, y más tarde descubrió que los compuestos de aluminio se comportaban de manera análoga con el etileno.

En su intento de preparar compuestos de alquilaluminio calentando etileno y trietilaluminio, encontró que el etileno se convertía completamente en but-1-eno de forma inesperada.

Encontraron que se debía a la presencia residual de níquel coloidal en el autoclave proveniente del catalizador empleado previamente en los experimentos de hidrogenación.

Este hallazgo condujo al descubrimiento de que la mezcla de compuestos organometálicos con compuestos de algunos metales producía la rápida polimerización del etileno a presión atmosférica para dar polímeros lineales de alto peso molecular y con interesantes propiedades de plástico.

natta4El resultado de esta investigación previa fue la fabricación en 1953 de polietileno mediante un procedimento de baja presión, según el cual el etileno forma largas cadenas de addición con el catalizador de aluminio.

La catálisis es el proceso por el cual se aumenta la velocidad de una reacción química, debido a la participación de una sustancia llamada catalizador y las que desactivan la catálisis son denominados inhibidores. Un concepto importante es que el catalizador no se modifica durante la reacción química, lo que lo diferencia de un reactivo.

En la síntesis de muchos de los productos químicos industriales más importantes hay una catálisis. El envenenamiento de los catalizadores, que generalmente es un proceso no deseado, también es utilizado en la industria química.

La frase procesos catalizados fue acuñada por Jöns Jakob Berzelius en 1836 para describir las reacciones que son aceleradas por sustancias que permanecen sin cambios después de la reacción.

Otro de los primeros químicos involucrados en la catálisis fue Alexander Mitscherlich quien se refirió a los procesos de contacto y Johann Wolfgang Döbereiner que habló de acción de contacto y cuyo encendedor basado en hidrógeno y una esponja de platino se convirtieron en un gran éxito comercial en la década de 1820.

Humphry Davy descubrió el uso de platino en la catálisis. En la década de 1880, Wilhelm Ostwald en la Universidad de Leipzig inició una investigación sistemática de las reacciones que eran catalizadas por la presencia de los ácidos y las bases, y encontró que las reacciones químicas ocurren a una velocidad finita y que estas velocidades pueden utilizarse para determinar la fuerza de ácidos y bases.

Los catalizadores de Ziegler-Natta son complejos metal con propiedades catalíticas que permiten la polimerización estereoespecífica de alquenos.

El proceso fue desarrollado en el grupo de Karl Ziegler en el instituto Max Planck de Mülheim (Max-Planck-Institut für Kohlenforschung). Su primera aplicación era la polimerización de etileno. En el grupo de Giulio Natta se amplió el campo de aplicación al propileno permitiendo un control de la tacticidad del polímero. Ambos químicos fueron galardonados para sus descubrimientos con el premio nobel de química en 1963.

natta3En 2007 la cantidad total de HDPE (polietileno de alta densidad) fabricado con catalizadores Ziegler-Nata superó los 30 millones de toneladas. La cantidad de polipropileno era de 45,1 millones de toneladas en el mismo año. Además se fabrican con estos catalizadores otros poliolefinos menos comunes como el polibutadieno alto-cis.

Los catalizadores clásicos del tipo Ziegler-Natta son catalizadores mixtos que contienen un compuesto organometálico de los grupos principales I, II o III del sistema periódico (p.ej. trietilaluminio Al(C2H5)3) y un compuesto de un metal de transición (p.ej. tetracloruro de titanio TlCl4). Estos compuestos tienen un carácter de ácido de Lewis.

Se puede tratar tanto de catalizadores homogéneos como heterogéneos. Se trata de catalizadores con varios centros (engl.: multiple site) activos diferentes. Los sistemas más modernos emplean sobre todo cloruro de magnesio, tetracloruro de titanio, trietilaluminio además de diversos dadores de electrones internos y externos. Pueden alcanzar una producción de hasta 150.000 kg de polímero por gramo de titanio.

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Publicado el 12 agosto, 2015 en Química. Añade a favoritos el enlace permanente. Deja un comentario.

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