Simulación numérica de reacciones químicas catalizadas.

Abstract

Utilizando el método de simulación Monte Carlo se estudió la cinética de la reacción 2CO + O2 - and gt; 2CO2 sobre nanopartículas de Pt(110). Estas partículas exhiben superficies con estructuras (1 × 2) y (1 × 1) que corresponden a las fases α y β, respectivamente. En la simulación se considera que la reacción sigue el mecanismo de Langmuir- Hinshelwood. La velocidad de producción del CO2 depende de la presión parcial de CO, PCO y exhibe dos puntos criticos ξ1 y ξ2 en los cuales se presentan transiciones de fase de primer y segundo orden. Estos dos puntos definen una zona reactiva. Por fuera de este intervalo la producción de CO2 es nula debido a que la superficie del catalizador se encuentra saturada por la adsorción de oxígeno (PCO and lt; ξ1) y de monóxido de carbono (PCO and gt; ξ2). En estado estacionario y en cualquier punto del intervalo (ξ1,ξ2) la superficie del catalizador está parcialmente cubierta con partículas de CO y O. En este caso, los adsorbatos se organizan de manera natural sobre la superficie sin seguir un criterio de regularidad evidente y obedecen un principio de autosemejanza, responsable de la formación de estructuras fractales. En este trabajo se determina, usando el método de conteo por cajas la dimensión fractal D de la distribución de adsorbatos en la zona reactiva como función de PCO. Además, se muestra el efecto de considerar en el modelo de la reacción, los procesos de difusión y desorción del CO.

The kinetics of the 2CO + O2 - and gt; 2CO2 reaction on Pt(100) nanoparticles was studied using the Monte Carlo simulation method. These particles present surfaces with (1×2) and (1×1) structures, which correspond to α and β phases, respectively. The reaction is considered as following a Langmuir-Hinshelwood type mechanism. The CO2 production rate depends on the CO partial pressure and shows two critical points ξ1 and ξ2 in which first and second order kinetic transitions occur. These points define a reactive zone. Outside this interval the CO2 production is zero because the catalyser’s surface is saturated by the adsorption of O (PCO and lt; ξ1) and CO (PCO and gt; ξ2). In steady state and on any point in the (ξ1,ξ2) interval the surface of the catalyser is partially covered with CO and O particles. In this case, the adsorbates organize themselves in a natural way on the surface without following an evident regularity criterion, and obeying a self-similarity principle, responsible for the fractal structures formation. In this work the fractal dimension D of adsorbate distributions in the reactive zone was determined as a function of the CO partial pressure. The fractal dimension was calculed using the box counting method. It is also shown the effect of both, CO diffusion and desorption on the fractal dimension.