26 Teorico 26 Catalisis I Dra Puntarulo

FISICOQUIMICA
Octubre 22, 2014
Discuta
si
es
posible
observar
experimentalmente el complejo activado.

Catalizadores:
Aspectos Químicos, Cinéticos y Termodinámicos

Catálisis Homogénea

Dra. Susana Puntarulo

susanap@ffyb.uba.ar

Observación experimental del complejo activado
Resultados de espectroscopía de femtosegundo para la
reacción en la que NaI se separa en Na y I
¿Qué es un catalizador?Producto

Complejo
activado

Concepto de catalizador
Sustancia
que
acelera
la
velocidad de reacción y que no
aparece
en
la
ecuación
estequiométrica (Berzelius, 1835;
Ostwald, 1909)

Describa las propiedades clásicas de los
catalizadores.
Describa el efecto de los catalizadores sobre
los parámetros termodinámicos y cinéticos.

Propiedades de los catalizadores
1. El catalizador aparece químicamenteinalterado al
final de la reacción
2 H2O2 (aq)
H3O+ + H2O2

Ejemplo:

+

H3O2 +

H+

Influencia del
sobre la velocidad de
hidrólisis de la sacarosa

Br-

HOBr + H2O2

2 H2O (aq) + O2 (g)
H3O2+ + H2O
HOBr + H2O
H3O+ + O2 + Br-

1

Propiedades de los catalizadores
2. Una pequeña cantidad de catalizador es
suficiente para producir una reacción considerable.

Propiedades de los catalizadores
4. Elcatalizador afecta la cinética de la reacción
pero no afecta la termodinámica de la reacción.

Al agregar trazas de Pt finamente dividido a una mezcla gaseosa de H2O2, se produce una explosión violenta.

3. El catalizador no inicia la reacción: sólo acelera
una reacción que se producía lentamente.
Aumentan la velocidad de reacción de 10 a 1012
veces.
La mezcla H2-O2 en la ausencia de catalizador no esun equilibrio.

SI

NO

i) k directa

i) ∆G, ∆H y ∆S

ii) k inversa

ii) K equilibrio

iii) Energía de activación
alterando el mecanismo de reacción

Mecanismo de reacción de catalizadores
Analice el mecanismo por el cual los
catalizadores aumentan la velocidad de
una reacción.

A + Cat → (A–Cat) → B + Cat
En una reacción reversible

A + B
Esquematice el comportamiento de una
reacción enpresencia y ausencia de un
catalizador, en un gráfico de ln k en
función de la inversa de la temperatura.

C + D

El mismo catalizador acelera las dos reacciones sin
modificar el equilibrio

k1cat > k1
k2cat > k2

Mecanismo de reacción de los catalizadores

i) El concepto de energía de
activación está asociado al
concepto de complejo activado.

ii) En reacciones catalizadas, la
formación del complejoactivado
en el nuevo mecanismo de
reacción requiere menos energía
que sin catalizar.

Mecanismo de reacción de los catalizadores

iii) El mecanismo de acción de
los catalizadores consiste en
cambiar el mecanismo de la
reacción por otro con menor
energía de activación

iv) En una reacción reversible,
las energías de activación
directa e inversa están
disminuidas y las velocidades
directa e inversaestán
igualmente aumentadas.

2

Mecanismo de reacción de los catalizadores

Mecanismo de reacción de los catalizadores

Pendiente = – Ea/R

Ecuación de Arrhenius
Con catalizador

k = A . e–Ea/RT
ln k = ln A – Ea/RT

Sin catalizador

Mecanismo de reacción de los catalizadores

Tipos de catálisis.
Describa las características generales de
la catálisis homogénea y la catálisis
heterogénea.
Cite ejemplosde cada una.
Ecinética > Ea = hay reacción

Ecinética < Ea = no hay reacción

Tipos de catálisis
• Catálisis homogénea. El catalizador está
en la misma fase que la mezcla de
reacción.
Por ejemplo, un ácido en una solución, o un
gas en una mezcla gaseosa.

Catálisis homogénea
Catálisis en solución

Catálisis ácida

Catálisis básica

• Catálisis heterogénea. El catalizador
está en una fase distintade la mezcla de
reacción.

Catálisis en fase gaseosa

Por ejemplo, un catalizador metálico (sólido)
en una mezcla gaseosa.
Catálisis enzimática

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• Catálisis ácida

• Catálisis en solución

Catálisis por H+
Descomposición del H2O2

Hidrólisis de la sacarosa (TP 5)
C12H22O11 + H2O + H+ → C12H12O6 + C12H12O6 + H+
Sacarosa
Glucosa
Fructosa
+
V = k [Sacarosa][H ]

2 H2O2(aq) → 2 H2O(aq) +...