Chemistry of Catalytic Cracking
As opposed to thermal cracking governed by free radicals, catalytic cracking proceeds through the formation of ionic species on catalyst surfaces, and produces shorter, but branched-chain (not straight-chain) alkanes by cracking the long straight-chain alkanes. A formação de alcanos de cadeia ramificada, ou isoalcanos, leva à produção de gasolina com alto índice de octanas. Esta é a razão fundamental pela qual o craqueamento catalítico substituiu o craqueamento térmico como processo central em uma refinaria destinada a maximizar a produção de gasolina. Um alto índice de octanas de gasolina é necessário para que os motores de ignição por centelha atuais funcionem com altas taxas de compressão sem bater. Altas taxas de compressão em motores de ignição por centelha se traduzem em alta potência e alta eficiência.
Figure 7.1 introduz os dois tipos de espécies iônicas, carbocações, que são ativas em reações de craqueamento catalítico como carbenio, e íons de carbonio, usando a terminologia da IUPAC. Os carboidratos são os iões de carga positiva feitos de hidrocarbonetos. A Figura 7.1 mostra que a remoção de um íon hidreto (H-, um átomo de hidrogênio com um elétron adicional) de um alcano (por exemplo, metano) produz íons de carbenio (caminho 1a). Além disso, adicionar um próton (H+, um átomo de hidrogênio sem o elétron) a uma olefina (por exemplo, etileno) pode produzir íons de carbenio, como mostrado no caminho 1b.
Formação de Carbocações
Terminologia IUPAC
Iões de cádmio: CH4 (seta) H- + CH3+ (alcano – íon hidreto)
-C2H4 + H+ (seta) C2H5+. (olefina + próton)
-Iões de cádmio: CH4 + H+ (seta) CH4
KEY: H- (íon hidreto), H+ (próton)
Análogo à terminologia usada para radicais livres, C+H3 é chamado de íon metil-carbenium, e C2+H5 é chamado de íon etil-carbenium. Os íons de carbono são produzidos pela adição de um próton a um alcano, digamos metano, como mostrado na Figura 7.1. O íon resultante C+H5 é chamado metanium. Note-se que existe alguma confusão na literatura sobre a nomenclatura das carbonações. Os íons de carbônio costumavam ser chamados de íons de carbonio em algumas fontes, incluindo o seu livro didático . Todas as referências a íons de carbonio na Seção 6.3 Reações de rachadura no livro didático devem ser corrigidas como íons de carbenio.