Ossidazione catalitica

L’ossidazione catalitica è un processo in cui avviene l’ossidazione di un composto tramite l’uso di un opportuno catalizzatore.

Le reazioni di ossidazione catalitica hanno una grande importanza in campo industriale e se ne annoverano molteplici esempi in cui i composti di partenza possono essere sia organici che inorganici e la catalisi può essere sia di tipo omogeneo che eterogeneo.

Un esempio è l’ossidazione del biossido di zolfo con formazione del triossido di zolfo che viene poi utilizzato per la produzione dell’acido solforico.

La reazione 2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃ che avviene in presenza del pentossido di divanadio V₂O₅ deve essere condotta in un range di temperatura tra i 400 e i 620°C. Infatti a temperature inferiori V₂O₅ è inattivo mentre a temperature maggiori tende a decomporsi.

Altre reazioni di ossidazione catalitica di tipo eterogeneo sono:

• Il processo Ostwald in cui l’ammoniaca viene ossidata ad acido nitrico

Alla temperatura di circa 600°C l’ammoniaca viene fatta reagire con l’ossigeno in presenza del platino che agisce da catalizzatore secondo la reazione:

4 NH₃ + 5 O₂ → 4 NO + 6 H₂O

Il monossido di azoto prodotto viene fatto reagire a una temperatura di circa 50°C con l’ossigeno e avviene una seconda ossidazione:

2 NO + O₂ → 2 NO₂

Il biossido di azoto viene infine convertito ad acido nitrico secondo la reazione:

3 NO₂ + H₂O → NO + 2 HNO₃

• Il processo Claus in cui il solfuro di idrogeno viene ossidato a zolfo elementare

Alla temperatura di circa 1400°C il solfuro di idrogeno viene fatto reagire con l’ossigeno in presenza del pentossido di divanadio V₂O₅ che agisce da catalizzatore secondo la reazione:

2 H₂S + 3 O₂ → 2 SO₂ + 2 H₂O

Nel secondo stadio della reazione il biossido di zolfo ottenuto reagisce con il solfuro di idrogeno secondo una reazione di comproporzione:

2 H₂S + SO₂ → 3 S + 2 H₂O

Esempi di reazioni di ossidazione catalitica di tipo omogeneo sono:

• Il processo Wacker in cui l’etene viene trasformata in etanale

L’etilene viene fatta reagire con ossigeno per ottenere l’etanale in presenza di cloruro di platino (II) e cloruro di rame (II) che agiscono da catalizzatori secondo la reazione:

2 CH₂=CH₂ + O₂ → 2 CH₃CHO

• Il processo Amoco in cui il p-xilene viene trasformato in acido tereftalico

Il p-xilene viene fatto reagire con ossigeno per ottenere acido tereftalico in presenza di cloruro di cobalto e di cloruro di manganese che agiscono da catalizzatori