Kemi vid katalytisk krackning
I motsats till termisk krackning som styrs av fria radikaler sker katalytisk krackning genom bildning av joniska arter på katalysatorytor, och producerar kortare, men förgrenade (inte raktkedjiga) alkaner genom att knäcka de långa raktkedjiga alkanerna. Bildandet av grenade alkaner, eller isoalkaner, leder till produktion av bensin med högt oktantal. Detta är det grundläggande skälet till att katalytisk krackning har ersatt termisk krackning som den centrala processen i ett raffinaderi som är inriktat på att maximera produktionen av bensin. En bensin med högt oktantal är nödvändig för att dagens motorer med gnisttändning ska kunna köras vid höga kompressionsförhållanden utan att knacka. Höga kompressionsförhållanden i motorer med gnisttändning innebär hög effekt och hög verkningsgrad.
I figur 7.1 presenteras de två typerna av joniska arter, karbokationer, som är aktiva i katalytiska krackningsreaktioner som karbeniumjoner och karboniumjoner, enligt IUPAC-terminologin. Karbocationer är positivt laddade joner som tillverkas av kolväten. Figur 7.1 visar att avlägsnande av en hydridjon (H-, en väteatom med en extra elektron) från en alkan (t.ex. metan) ger upphov till karbeniumjoner (väg 1a). Även när man lägger till en proton (H+, en väteatom utan elektron) till en olefin (t.ex. eten) kan man producera karbentiumjoner, vilket visas i väg 1b.
Bildning av karbocationer
IUPAC-terminologi
-Karbeniumjoner: CH4 (pil) H- + CH3+ (alkan – hydridjon)
-C2H4 + H+ (pil) C2H5+. (olefin + proton)
-Carboniumjoner: CH4 + H+ (pil) CH4
KEY: H- (hydridjon), H+ (proton)
I analogi med den terminologi som används för fria radikaler kallas C+H3 för metylkarbeniumjon och C2+H5 för etylkarbeniumjon. Karboniumjoner framställs genom att lägga till en proton till en alkan, till exempel metan, enligt figur 7.1. Den resulterande jonen C+H5 kallas metaniumjon. Observera att det råder viss förvirring i litteraturen när det gäller benämningen av karbocationerna. Karbeniumjoner brukade kallas karboniumjoner i vissa källor, bland annat i din lärobok . Alla hänvisningar till karboniumjoner i avsnitt 6.3 Crackningsreaktioner i läroboken bör korrigeras som karbeniumjoner.