Reação de Boudouard - Boudouard reaction

A reação de Boudouard , em homenagem a Octave Leopold Boudouard , é a reação redox de uma mistura de equilíbrio químico de monóxido de carbono e dióxido de carbono a uma determinada temperatura. É a desproporção de monóxido de carbono em dióxido de carbono e grafite ou seu reverso:

2CO ⇌ CO
₂ + C

Entalpia padrão da reação de Boudouard em várias temperaturas

A reação de Boudouard para formar dióxido de carbono e carbono é exotérmica em todas as temperaturas. Porém, a entalpia padrão da reação de Boudouard torna-se menos negativa com o aumento da temperatura, conforme mostrado ao lado.

Enquanto a entalpia de formação de CO
₂é maior do que o do CO , a entropia de formação é muito menor. Consequentemente, a energia livre padrão de formação de CO
₂de seus elementos componentes é quase constante e independente da temperatura, enquanto a energia livre de formação de CO diminui com a temperatura. Em altas temperaturas, a reação direta torna-se endergônica , favorecendo a reação reversa ( exergônica ) em direção ao CO, embora a reação direta ainda seja exotérmica .

O efeito da temperatura na extensão da reação de Boudouard é melhor indicado pelo valor da constante de equilíbrio do que pela energia livre padrão da reação . O valor de log ₁₀ ( K _eq ) para a reação em função da temperatura em Kelvin (válido entre 500–2200  K ) é aproximadamente:

${\ displaystyle \ log _ {10} (K _ {\ rm {eq}}) = {\ frac {9141} {T}} + 0,000224T-9,595}$

log ₁₀ ( K _eq ) tem um valor de zero em975  K .

A implicação da mudança em K _eq com a temperatura é que um gás contendo CO pode formar carbono elementar se a mistura esfriar abaixo de uma certa temperatura. A atividade termodinâmica do carbono pode ser calculada para um CO / CO
₂mistura conhecendo a pressão parcial de cada espécie e o valor de K _eq . Por exemplo, em um ambiente redutor de alta temperatura, como aquele criado para a redução de óxido de ferro em um alto-forno ou a preparação de atmosferas de cementação , o monóxido de carbono é o óxido de carbono estável. Quando um gás rico em CO é resfriado ao ponto em que a atividade do carbono excede um, a reação de Boudouard pode ocorrer. O monóxido de carbono, então, tende a se desproporcionalmente em dióxido de carbono e grafite, que forma fuligem .

Na catálise industrial , isso não é apenas uma monstruosidade; A fuligem (também chamada de coque) pode causar danos sérios e até irreversíveis aos catalisadores e leitos de catalisadores. Este é um problema na reforma catalítica do petróleo e na reforma a vapor do gás natural .

A reação recebeu o nome do químico francês Octave Leopold Boudouard (1872–1923), que investigou este equilíbrio em 1905.

Usos

Embora o efeito prejudicial do monóxido de carbono sobre os catalisadores seja indesejável, essa reação tem sido usada na produção de flocos de grafite , grafite filamentosa e cristalitos de grafite lamelar, bem como na produção de nanotubos de carbono . Na produção de grafite, os catalisadores usados ​​são molibdênio , magnésio , níquel , ferro e cobalto , enquanto na produção de nanotubos de carbono, são usados ​​catalisadores de molibdênio , níquel , cobalto , ferro e Ni-MgO.

A reação de Boudouard é um processo importante dentro de um alto-forno . A redução dos óxidos de ferro não é alcançada diretamente pelo carbono, pois as reações entre os sólidos são tipicamente muito lentas, mas pelo monóxido de carbono. O dióxido de carbono resultante sofre uma reação de Boudouard (reversa) após contato com o carbono do coque .

Referências

links externos

Robinson, RJ "Boudouard Process for Synthesis Gas" . ABC da Energia Alternativa. Arquivado do original em 21 de janeiro de 2018 . Retirado em 12 de julho de 2013 .