Chimica del cracking catalitico
Al contrario del cracking termico governato dai radicali liberi, il cracking catalitico procede attraverso la formazione di specie ioniche sulle superfici dei catalizzatori, e produce alcani più corti, ma a catena ramificata (non a catena dritta) attraverso il cracking degli alcani lunghi a catena dritta. La formazione di alcani a catena ramificata, o iso-alcani, porta alla produzione di benzina con un alto numero di ottani. Questa è la ragione fondamentale per cui il cracking catalitico ha sostituito il cracking termico come processo centrale in una raffineria orientata a massimizzare la produzione di benzina. Un alto numero di ottano della benzina è necessario per gli attuali motori ad accensione comandata per funzionare ad alti rapporti di compressione senza bussare. Alti rapporti di compressione nei motori ad accensione comandata si traducono in alta potenza e alta efficienza.
La figura 7.1 introduce i due tipi di specie ioniche, i carbocationi, che sono attivi nelle reazioni di cracking catalitico come carbenium e ioni di carbonium, usando la terminologia IUPAC. I carbocationi sono gli ioni caricati positivamente fatti dagli idrocarburi. La figura 7.1 mostra che la rimozione di uno ione idruro (H-, un atomo di idrogeno con un elettrone aggiuntivo) da un alcano (ad esempio, il metano) produce ioni carbonium (percorso 1a). Inoltre, l’aggiunta di un protone (H+, un atomo di idrogeno senza l’elettrone) a un’olefina (per esempio, l’etilene) può produrre ioni carbenio, come mostrato nel percorso 1b.
Formazione dei carbocationi
Terminologia IUPAC
Ioni di carbenio: CH4 (freccia) H- + CH3+ (alcano – ione idruro)
-C2H4 + H+ (freccia) C2H5+. (olefina + protone)
-Ioni di carbonio: CH4 + H+ (freccia) CH4
CHIAVE: H- (ione idruro), H+ (protone)
Analogamente alla terminologia usata per i radicali liberi, C+H3 è chiamato ione metilcarbonio, e C2+H5 è chiamato ione etilcarbonio. Gli ioni carbonio sono prodotti aggiungendo un protone ad un alcano, diciamo il metano, come mostrato nella figura 7.1. Lo ione risultante C+H5 è chiamato metanio. Si noti che c’è un po’ di confusione in letteratura sulla denominazione dei carbocationi. Gli ioni carbonium erano chiamati ioni carbonium in alcune fonti, incluso il tuo libro di testo. Tutti i riferimenti agli ioni di carbonium nella sezione 6.3 delle reazioni di cracking nel libro di testo dovrebbero essere corretti come ioni di carbenium.