Caracterización de catalizadores

1. Caracterización por Difracción de rayos X (DRX)
La difracción es una propiedad común de todas las formas de onda. Se refiere al fenómeno de dispersión de
ondas cuando pasan a través de una rendija o apertura estrecha, mientras que la extensión de la dispersión
depende del tamaño de la rendija
Cuando los rayos X viajan a través de una estructura cristalina, son difractados por las diversas capas atómicas
o moleculares dentro de ese cristal. Estos rayos difractados sufren interferencias constructivas o destructivas.
Se dice que la interferencia constructiva ocurre cuando se suman los efectos de dos ondas “en fase” y se
cumple la ley de Bragg. Si ϴ es el ángulo de incidencia de los rayos X en una estructura cristalina que tiene una
distancia entre planos de d, entonces la longitud de onda λ de los rayos X difractados se calcula como;
nλ = 2dsinϴ (Ley de Bragg)
Después de la difracción, la intensidad de los rayos X se puede evaluar con precisión y, por lo tanto, se puede
generar un patrón de difracción en forma de gráfico. En caso de interferencia destructiva, la ley de Bragg no se
cumple y, por lo tanto, la intensidad del haz de rayos X es demasiado baja para generar un pico. Sin embargo,
cuando la orientación del material de muestra y / o el detector es tal que se cumple la ley de Bragg, se
produce una interferencia constructiva y se forma un pico. Estos datos gráficos brindan información sobre el
espaciado entre planos del material que se investiga. Además, esta distancia es característicamente específica
para cada elemento cristalino, lo que nos permite utilizar XRD para analizar la composición de una sustancia.

2. Difracción de rayos X sobre redes Cristalinas
Difractometro

3. Inicios de la cristalografía
Los orígenes de la difracción de rayos X (DRX), se remonta para el año de 1912 cuando Max von Laue montó
un experimento donde hizo incidir diferentes radiaciones sobre un cristal (monocristal o cristal único) fijo de
sulfato de cobre para determinar su simetría interna.
Para 1916 Debye y Scherrer, pudieron ver que no todas las veces es posible obtener monocristales,
entonces decidieron realizar experimentos con muestras en polvo o policristalinas. Desde estos dos eventos
la cristalografía por DRX se dividió en: Difracción de Rayos X de monocristal o cristal único (donde se
determina especialmente estructura) y Difracción de Rayos de polvo o policristalinas (donde se determina
fundamentalmente fases cristalinas y estructura). En la imagen que se presenta a continuación se pueden
ver dos equipos de la marca Bruker: el de la izquierda es un difractómetro de rayos X de polvo o muestras
policristalinas, el de la derecha es un difractómetro de rayos X de monocristal o cristal único.

4. Difractómetro
El difractómetro es un dispositivo práctico que utiliza el principio de difracción de rayos X para realizar
análisis tanto cualitativos como cuantitativos de una muestra. Básicamente, se compone de una fuente de
rayos X y un detector entre los que se coloca una muestra. Los rayos X se filtran y luego se dirigen hacia el
material de muestra. A medida que se someten a difracción después de golpear la muestra cristalina
multiplanar, son recolectados por un detector. Además, la plataforma que sostiene la muestra se puede
girar para proporcionar su orientación tridimensional completa.
El detector registra la entrada de rayos X en forma de pico, cuya altura corresponde a la intensidad de la
radiación impactante. Se han desarrollado programas informáticos que utilizan estos datos para
determinar la distancia específica entre dos planos atómicos consecutivos. Utilizando un sistema de
referencia estandarizado, se puede determinar el elemento correspondiente a esta distancia interplana
particular.

5. Funcionamiento del Difractómetro

6. Caracterización por Análisis Térmico Diferencial ( o DTA)
Es una técnica en la cual los efectos de calor, asociados con cambios químicos y físicos son registrados
como una función de la temperatura (o tiempo) cuando el material se calienta o se enfría a una tasa
uniforme
Características
- El DTA puede revelar transiciones solido –solido, solido-gas, o liquido-gas
- Es un método bien establecido y confiable en la química del estado solido
- Se ejecuta solo en instrumentos comerciales, y se ha aplicado con éxito al investigar los materiales
catalíticos solidos
- Se puede utilizar para seguir los proceso de reducción y oxidación midiendo los efectos térmicos y/o
los cambios de peso
Cuando se combina con un espectrómetro de masa en línea, los cambios en la composición de la fase
gaseosa que ocurren durante las transformaciones químicas de la muestra solida se pueden monitorear
simultáneamente
Puede proporcionar información sobre la interacción del soporte con el catalizador y sobre el papel que
desempeña el soporte del catalizador

7. Aplicaciones
- Interacción entre iridio y estaño soportado sobre alúmina
- Los precursores de catalizadores de hidrodesulforacion de cobalto- molibdeno no soportados fueron bajo
condiciones de reducción/ sulfuración con oxidación subsecuente de las muestras sulfuradas
- Los efectos de los promotores sobre los catalizadores
- Estudio de la descomposición de moléculas orgánicas contenidas en la red de canales de zeolitas ZSM – 5
- El efecto de la coquización sobre la cantidad de n-hexano o 3-metilpentano adsorbido
- Para correlacionar el comportamiento del DTA en molibdato de Sodio y el tungsteno de sodio absorbidos en la
zeolita 3A con su comportamiento catalítico

8. Instrumento de Análisis Térmico Diferencial
El concepto modular de los sistemas DSC y DTA permite el uso de diferentes hornos con un rango de
temperatura de -150 a 2400 ° C, diferentes sistemas de medición de DTA y muchos crisoles diferentes. El
diseño hermético al vacío permite la determinación de entalpia cuantitativa en atmósferas más limpias así
como en vacío de 10E-5 mbar.