Catálisis

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA CATÁLISIS Y LOS CATALIZADORES
EL CATALIZADOR
EL TÉRMINO catálisis agrupa al conjunto de procedimientos y conocimientos que permiten que la velocidad con la que trascurre una reacción se incremente in-situ. Bajo tal condición la catálisis es una rama de la cinética química.
La cinética química se ocupa del estudio dinámico de las reacciones químicas tomando encuenta el mecanismo en el nivel molecular de tales transformaciones. El concepto de velocidad de reacción traduce la rapidez con la que en un sistema se produce una transformación química. La reacción química global se lleva a cabo a través de etapas las cuales en su conjunto constituyen el mecanismo de reacción. La velocidad se define en términos de parámetros que pueden ser medidos durante latransformación; así, podemos definirla como la variación de la concentración de uno de los reactivos que desaparece, o de uno de los productos que aparece, en el sistema respecto del tiempo.
Para una reacción química del tipo
A + B C + D
la velocidad de la reacción puede representarse como
 

donde dA/dT, dB/dT, etc presentan la variación de la concentración de A, B, C o D respecto del tiempoy el signo (-) representa la desaparición de reactivos (A o B) y el signo (+) la aparición de productos (C o D).
De manera general, las características de una reacción pueden ser determinadas si se conoce a cada instante la composición química del sistema. En la mayoría de las reacciones, la velocidad de transformación es proporcional a la concentración de reactivos elevados a una potencia; porejemplo para la reacción
A + B Productos
V  [A]p[B]q , o V = k[A]p[B]q
donde
k = constante de proporcionalidad
(Constante de velocidad)
 
p y q = órdenes parciales de reacción
p + q = n = orden global de reacción
Los órdenes de velocidad pueden ser enteros, fraccionarios, positivos, negativos, o aun cero. En general este orden no está relacionado con la estequiometria de lareacción, sino más bien con el mecanismo de la misma.
Para que una reacción química se lleve a cabo, es necesario suministrar una cierta cantidad de energía a las moléculas de reactivo. Esto puede ser representado de la manera siguiente para la reacción anterior (Figura 1).
 
 

Figura 1. Diagrama de energía potencial para una reacción exotérmica.
Las moléculas de A y B son "activadas" demanera que se favorezca su combinación para llegar a un cierto "estado de transición" o "complejo activado" (AB en el diagrama), el cual al descomponerse puede dar lugar a los productos. La barrera energética que separa los reactivos de los productos se denomina energía de activación. La velocidad de reacción depende de esa energía de activación a través de la constante de velocidad (k). Estaconstante de velocidad depende también de la temperatura y la forma matemática de representarla es a través de la llamada ley de Arrhenius.
 

donde: | k | = constante de velocidad |
| k0 | = factor preexponencial |
| Ea | = energía de activación |
| R | = constante de los gases ideales |
| T | = Temperatura en grados K |
 
De la ecuación de Arrhenius podemos observar que ladependencia de la velocidad de reacción con respecto a la barrera energética (Ea) es inversamente exponencial.
El término k0 o factor preexponencial comprende el número de choques efectivos entre las moléculas de reactivo encontrando su origen en la teoría cinética de los gases. El término exponencial que incluye la energía de activación en la ecuación anterior es mayor que el término preexponencial(k0) siendo por tanto generalmente el factor determinante de la velocidad de una reacción química. En la figura anterior se observa que los productos se encuentran en un nivel energético menor que los reactivos, lo que significa que durante la reacción se ha producido un desprendimiento de energía (generalmente en forma de calor). La reacción en cuestión se denomina entonces exotérmica. Si se...