CATALISI

CATALISI (IX, p. 404; App. III,1, p. 324)

Il recente rigoglioso sviluppo della c. ha reso possibile la creazione di nuovi prodotti e la fabbricazione in scala industriale di prodotti già noti, con perfezionamentì tecnici che prevedono l'impiego ottimale del catalizzatore per quanto riguarda sia la composizione sia la successione delle fasi di attività e di rigenerazione. Nell'individuare alcune linee essenziali di questo sviluppo è opportuno tenersi alla distinzione tra c. eterogenea, omogenea ed enzimatica, sebbene sia forse più razionale classificare i catalizzatori in base alla loro funzione specifica (acido-base, ossido-riduzione, ecc.).

Nella c. eterogenea, alla ricerca più propriamente creativa si sono via via accompagnati tentativi d'inquadramento generale delle proprietà e degli usi dei catalizzatori, utili a collegare nel modo più generale possibile lo stato chimico-fisico del catalizzatore (e del supporto) alla sua attività e selettività.

I progresi nell'interpretazione del dato cinetico sono dovuti principalmente: 1) all'impiego di tecniche sperimentali con sempre più elevato potenziale d'informazione: alle misure calorimetriche, conduttometriche e termogravimetriche si sono associate le misure di risonanza nucleare magnetica, le esperienze con traccianti, la spettrometria Raman, X e infrarossa; 2) all'evoluzione delle teorie quantistiche sullo stato molecolare della superfice solida, le quali tuttavia non hanno sostanzialmente alterato l'impalcatura concettuale e formale con cui s'è affermata la c. negli anni 1940-50; 3) all'introduzione di nuovi tipi di reattori di laboratorio (a impulsi, a circolazione, a miscelazione completa, ecc.); 4) al raffinamento dei procedimenti numerico-statistici necessari a trasferire il dato sperimentale nell'espressione più attendibile della velocità di reazione; a tale scopo si consiglia: a) di progettare gli esperimenti in base ai criteri dell'analisi fattoriale e della regressione lineare fino a identificare le variabili più significative; b) di scegliere il meccanismo cinetico e confermare il modello formale con ulteriori esperimenti decisivi; c) di valutare i parametri del modello con regressione non lineare. Tale concorso di metodologie, che chiedono l'impegno di chimici; fisici e ingegneri, rende sempre più la c. una tipica disciplina interdisciplinare.

Progressi notevoli, specie in rapporto all'applicazione tecnica della c., si sono avuti anche nella rappresentazione fisico-matematica della diffusione entro i pori delle particelle di catalizzatore: si sono raggruppate le variabili fisiche e strutturali in parametri che facilitano la previsione delle conseguenze di questo fenomeno sulla cinetica della reazione e sulla stabilità degli stati stazionari di funzionamento del reattore. Si è visto che la diffusione interna è un fattore importante anche nel decorso dei processi di disattivazione e di avvelenamento del catalizzatore, il cui studio ha prodotto in questi ultimi anni i risultati indispensabili alla programmazione dei cicli operativi del catalizzatore medesimo.

Ma forse è la c. omogenea che ha beneficiato maggiormente dello sviluppo della chimica teorica. Da segnalare, oltre alle sempre numerose ricerche sulla c. stereospecifica (v. polimerizzazione, App. III, 11, p. 441), quelle rivolte a spiegare l'azione catalitica dei complessi di coordinazione di elementi di transizione: in particolare i complessi con leganti macromolecolari che si sono rivelati attivi nella polimerizzazione delle olefine (v. coordinazione, composti di, in questa Appendice).

La c. enzimatica, infine, ha aperto un campo del tutto nuovo, con notevoli riflessi nella chimica industriale, alimentare, biomedica, analitica.

L'enzima è una proteina dotata di proprietà catalitiche grazie alla sua capacità di agire come attivatore specifico non solo nei processi vitali della cellula ma in circostanze alquanto diverse: dalla sintesi degli antibiotici e delle vitamine alla fissazione dell'azoto nei fertilizzanti, dalla desolforazione dei combustibili alla fabbricazione dei prodotti zuccherini e alcoolici, ecc. È nata un'ingegneria degli enzimi che si occupa della loro produzione in scala commerciale, delle tecniche e condizioni d'impiego come enzimi puri o supportati, modificati, immobilizzati (per es. su matrici polimeriche o vetrose), della ricerca di nuovi prodotti e applicazioni.

Bibl.: J. M. Thomas e W. J. Thomas, Introduction to the principles of heterogeneous catalysis, New York 1967; E. K. Rideal, Concepts in catalysis, ivi 1968; D. W. Jones e altri, Ligand reactivity and catalysis, ivi 1968; C. N. Satterfield, Mass transfer in Heterogeneous catalysis, Cambridge, Mass., 1970; L. B. Wingard, Enzyme engineering, Londra 1972; K. J. Laidler e P. S. Bunting, The chemical Kinetics of enzyme action, Oxford 1973; Journal of catalysis, Advances in catalysis, 1960-75.