ESTUDO QUÍMICO QUÂNTICO DA ADSORÇÃO DE H2 EM NÍQUEL

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Físico-Química

Autores

Melo, N.V.S. (INSTITUTO FEDERAL DE ALAGOAS) ; Ferreira, J.V. (INSTITUTO FEDERAL DE ALAGOAS)

Resumo

Um entendimento adequado das reações químicas que ocorrem na superfície dos sólidos é fundamental para compreender o funcionamento de inúmeros processos importantes. Por meio do estudo computacional com o programa Gauss View 3.0 e Gaussian 2003 foi possível estudar a adsorção de uma molécula de hidrogênio em níquel. Quando a molécula adsorvida troca elétrons com a superfície ocorre uma adsorção química, ou quimissorção, com a formação de uma ligação química. Neste trabalho através de métodos de química quântica, identificamos um estado de mais baixa energia para a adsorção de H2 em uma superfície de níquel, correspondente ao estado prédissociativo.

Palavras chaves

Níquel; Energia; Reação de hidrogenação

Introdução

Quando uma molécula gasosa se aproxima de uma superfície sólida, ela pode perde energia suficiente para ficar presa na superfície, ocorrendo a adsorção (NASCENTE, 1991). A adsorção tem um papel muito importante em diversos processos de interesse tecnológico, como a catálise heterogênea e a corrosão. Na grande maioria das reações em catálise heterogênea o ciclo catalítico consiste de uma etapa inicial de adsorção seguida por uma reação na superfície (dissociação e recombinação), finalizando por uma dessorção dos produtos. Dois modelos são usados para explicar o mecanismo de dissociação de uma molécula na superfície: o modelo direto e o modelo com estado precursor. Com o modelo que prevê um estado precursor a molécula é adsorvida intacta e em seguida se dissocia. O estado precursor ocorre como resultado da menor energia cinética da molécula incidente na colisão com a superfície. Para que ocorra uma adsorção no átomo, faz-se necessário identificar configuração eletrônica de mais baixa energia. O átomo de níquel apresenta duas configurações eletrônicas: O Singleto (d10) e o Tripleto (d9s1). Após a identificação da configuração mais estável para o átomo, mostramos como a molécula de hidrogênio é adsorvida sobre o átomo de níquel. Para isso, faz-se necessário uma análise completa dos ângulos formados entre a molécula de hidrogênio e a superfície descrita pelo átomo de níquel.

Material e métodos

Para a realização desse trabalho, fez-se necessário um estudo computacional por meio do programa Gauss View 3.0 com o método de química quântica ab initio DFT-B3PW91, com função de base Lanl2dz para o cálculo das energias.

Resultado e discussão

Descrevemos a superfície de níquel com apenas um átomo. A curva de energia potencial (Figura 1) compara a energia para diferentes orientações da molécula de H2 na superfície de Ni. O gráfico 1 mostra as energias totais para cada ângulo de inclinação no sistema H-H-Ni. É interessante observar a existência de um mínimo de energia no ângulo 110º, apresentando uma energia de aproximadamente 170,43 a. u. Nesta configuração distância entre os hidrogênios é de 0,80 Å. A distância de ligação obtida pouco difere do valor para a molécula livre (0,74 Å), o que demonstra que ele não está dissociada.

Gráfico 1. A relação existente entre a energia total (a.u) e o ângulo de inclinação (H-H-Ni)

Conclusões

Através do estudo em questão foi possível compreender com propriedade através dos cálculos utilizados, o momento exato da ocorrência da adsorção, neste instante, a molécula de H2 é adsorvida numa geometria inclinada em relação a superfície, esse estado se caracteriza como precursor da dissociação.

Agradecimentos

Ao Instituto Federal de Alagoas, e a Petrobrás pelo apoio financeiro.

Referências

• NASCENTE, P. A. P. Adsorção e ordenamento moleculares sobre paládio (111). Tese de doutorado, Unicamp, 1991, orientador: Sandra G. Carnicero de Castro.
• FRISCH, M. J. Gaussian 03, Revision B. 04. Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2003.
• FERREIRA, J. V. Aplicações de Métodos da Química Quântica: Adsorção de H2 em Pd e um Modelo Molecular para Nucleons. 2008. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de Pernambuco.
• VIANA, J. D. M. ; FAZZIO, A. ; CANUTO, S. Teoria Quântica de Moléculas e Sólidos: Simulação Computacional. São Paulo: Ed. Livraria de Física, 2004.