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El conocimiento de las reacciones sobre superficies puede
explicar de qué manera tiene lugar la oxidación del hierro, como producir
fertilizantes artificiales, como funcionan los catalizadores de los tubos de
escape y por qué se deteriora la capa de ozono (las reacciones se producen en
las superficies de los cristales de hielo de la estratosfera). El conocimiento
de las reacciones sobre superficies también puede ayudar a producir
combustibles renovables más eficientes y crear nuevos materiales para equipos
electrónicos.
La moderna química de superficies comenzó a emerger en
los años 1960s gracias a las tecnologías de trabajo en vacío desarrolladas en
la industria de los semiconductores. El laureado este año con el Premio Nobel
de Química, Gerhard Ertl, fue uno de los primeros en comprender el potencial
de la nueva tecnología. Él es premiado con el Nobel por haber puesto los
cimientos de la metodología usada en la investigación de este nuevo campo. La
gran fiabilidad de los resultados de Eartl es debida a la meticulosa precisión
de su trabajo combinada con una excepcional capacidad para analizar los
problemas. Él ha buscado de forma cuidadosa y sistemática las mejores
técnicas experimentales para investigar los problemas planteados.
Uno de sus estudios más importantes lo ha hecho sobre el
proceso de Haber-Bosch, muy usado en la producción de fertilizantes
artificiales capturando el nitrógeno de aire.
En
el proceso de Haber - Bosch el nitrógeno reacciona con el hidrógeno para
formar amoníaco. Es necesario utilizar un catalizador para que esta reacción
tenga lugar y es aquí donde la química de superficies entra en juego. El
catalizador utilizado en el proceso de Haber - Bosch consiste en hierro
finamente dividido y la reacción tiene lugar en la superficie de las
partículas de hierro. El nitrógeno y el hidrógeno se unen a la superficie
facilitando de esta manera la posterior reacción entre ellos. Una de las
cuestiones cruciales que Ertl abordó es determinar cuál era el paso más lento
de la reacción. Con el fin de mejorar el proceso en su conjunto es necesario
lograr que el paso más lento transcurra con más facilidad (más rápido). Es lo
que sucede con el tráfico en una ciudad donde un semáforo muy lento puede
producir un verdadero colapso.
En el proceso de Haber
- Bosch el nitrógeno (blanco) reacciona con hidrógeno (azul) sobre una
superficie de hierro para luego formar moléculas de amoníaco que son liberadas
desde la superficie. Esta reacción, en la que se utiliza nitrógeno extraído de
la atmósfera, es un paso importante en la producción de fertilizantes
artificiales.
Sin embargo la empresa no es nada sencilla. Es necesario medir
la concentración de nitrógeno fijada a la superficie del catalizador,
distinguir entre átomos y moléculas, lograr que las impurezas que se adhieren
a la superficie no alteren apreciablemente los resultados... etc. Todo ello
requiere combinar diversas técnicas espectrográficas, "marcar" los átomos
mediante el empleo de isótopos o hacer que la reacción transcurra en sentido
inverso (el proceso Haber_Bosch es una reacción reversible).
El trabajo de Ertl con el proceso Haber-Bosch está considerado
como un ejemplo de la metodología sistemática que ha de ser aplicada para
resolver los problemas que se plantean en las reacciones químicas en
superficies. |
