רייני ניקל

רייני ניקל (באנגלית: Raney nickel) הוא זרז מוצק המורכב מאבקה אפורה-דקה של סגסוגת ניקל ואלומיניום. הזרז פותח בשנת 1926 על ידי מהנדס המכונות האמריקני מורי רייני, כאלטרנטיבה לזרזים שהיו מקובלים בזמנו בתהליכי הידרוגנציה של שמנים צמחיים. כיום הוא משמש כזרז הטרוגני במגוון סינתזות בכימיה-אורגנית, ובייחוד בתגובות הידרוגנציה.

בתהליך הכנת הזרז, בלוק סגסוגת ניקל-אלומיניום, מטופל בבסיס נתרן-הידרוקסיד מרוכז. כתוצאה מטיפול זה, שקרוי "אקטיבציה", מרבית האלומיניום מתמוסס החוצה מהסגסוגת, ומשאיר מבנה נקבובי בעל שטח פנים גדול ביחס לנפח, דבר המגדיל את הפעילות הקטליטית של הזרז. רייני ניקל המיוצר מסחרית כולל שטח-פנים של כ-100 מטר רבוע לגרם זרז. תהליך סילוק האלומיניום ניתן לתיאור במשוואה הבאה:

Al + 2 NaOH + 6 H2O → 2 Na[Al(OH) )4] + 3 H2

כדי להבטיח את היווצרותו של [Na[Al(OH)4 נעשה שימוש בריכוזי בסיס גבוהים, עד ל-5 מולר. בריכוזים נמוכים יותר עלול להיווצר אלומיניום הידרוקסיד, ששוקע כמוצק גבישי (גיבסיט) ועלול לסתום את הנקבוביות שנוצרות בזרז ולהפחית את יעילותו. בסיום תהליך ההכנה הזרז נשטף במים מזוקקים בטמפרטורת החדר, על מנת להרחיק שאריות של אלומיניום הידרוקסיד. הזרז מאוחסן על-פי-רוב במים שהחמצן המומס הוצא מהם, על מנת למנוע תהליכי חימצון שיפגעו ביעילות הזרז.

כמו סגסוגות אחרות, גם סגסוגת הניקל-אלומיניום מורכבת ממספר תרכובות שהיחס ביניהן נקבע לפי הטמפרטורה, הלחץ והרכב הסגסוגת, וניתן לתיאור בדיאגרמת פאזות. בתהליך האקטיבציה, האלומיניום מורחק מתוך פאזות NiAl3 ו-Ni2Al3, כך שמרבית האלומיניום שנשאר לאחר הטיפול בבסיס קיים בתור התרכובת NiAl. נמצא, שפאזת NiAl מסייעת ליציבות הזרז. רייני ניקל הוא חומר יציב יחסית ואינו נוטה להתפרק, מה שמאפשר לאחסן אותו ולעשות בו שימוש חוזר לאורך תקופות ארוכות.

הפעילות הקטליטית הגבוהה של הזרז, יחד עם העובדה שהוא סופח מולקולות מימן לפני השטח הנקבוביים שלו, הופכים את הרייני-ניקל לזרז יעיל בתגובות הידרוגנציה רבות. עמידותו בטמפרטורות גבוהות, כמו גם יציבותו הרבה, מאפשרים את השימוש בו בתגובות שונות ובתנאי-תגובה מגוונים. נוסף על כך, העדר המסיסות של רייני ניקל במרבית הממסים שנמצאים בשימוש שוטף במעבדות (מלבד חומצות מינרליות), וצפיפותו הגבוהה (כ-6.5 g/cm3), מקלים על הפרדתו מהפאזה הנוזלית בסיום התגובה.

בשל שטח הפנים הגדול והיכולת לספוח כמויות גדולות של מימן, רייני ניקל יבש ומאוקטב הוא חומר דליק שצריך להישמר תחת אטמוספירה אינרטית, ולא באוויר רגיל. אפילו לאחר תום התגובה, הזרז עדיין מכיל כמות מימן גדולה, ועלול להתלקח ספונטנית במגע עם האוויר. חשיפה רבה לרייני ניקל עלולה לגרום לגירוי כלי הנשימה. בליעה עלולה להביא לעוויתות ובעיות במערכת העיכול, ומגע עם העין והעור עלול אף הוא לגרום גירוי. בנוסף, החומר מוגדר כגורם מסרטן אפשרי בבני אדם על ידי ה-IARC.

קישורים חיצוניים

גרייס דוינסון - זרז הניקל, כולל פסקת היסטוריה
השפעות בריאותיות אפשריות של רייני ניקל וכללי זהירות
ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
זרזים