catalisis ácido-base

Catálisis ácido-base
La catálisis ácido-base fue de los primeros fenómenos catalíticos observados por investigadores como Ostwald, Arrhenius, Brönsted, Euler, etc. La constatación de que la presencia de un ácido aceleraba u orientaba ciertas reacciones químicas fue el inicio para una serie de investigaciones realizadas a fines del siglo pasado e inicios de éste, que se tradujeron en una serie denumerosas aplicaciones industriales como la esterificación, la saponificación, la hidrólisis, la halogenación, la condensación, etc.
En la catálisis ácido-base se agrupan todas las observaciones relacionadas con la presencia en el medio acuoso de algunas especies como protones (H+), oxhidrilos (OH-), moléculas de ácido, etcétera.
Cuando se disuelve un ácido como el clorhídrico (que es la basedel muriático) en agua, se produce una disociación como la siguiente:
HCL + H20 H30- + CL-
en la cual la molécula de agua atrapa el átomo de hidrógeno del ácido (al cual llamamos protón por haber perdido un electrón a favor del cloro) produciéndose iones. Una situación equivalente se produce cuando ponemos en solución una base como hidróxido de sodio (sosa):


NaOH Na- + OH-produciéndose iones sodio y oxhidrilos.
Cuando los ácidos o las bases se disocian completamente se les llama fuertes; al contrario, cuando sólo se disocian poco se les llama débiles. En este último caso el número de moléculas de ácido o base es mayor al número de especies disociadas.
Algunos ácidos fuertes son el HCl o ácido clorhídrico, el H2S04 o ácido sulfúrico, el HF o ácido fluorhídrico etc. Comobases fuertes tenemos la sosa o hidróxido de sodio (NaOH), la potasa o hidróxido de potasio (KOH) y la solución de amoniaco o hidróxido de amonio (NH4OH). Recordemos que una medida de la acidez o la basicidad se puede dar en función del pH (potencia de hidrógeno). Valores de pH elevados (10 a 14) son para bases fuertes, el valor de 7 corresponde a la neutralidad (agua destilada y deionizada), yvalores bajos (1 a 4) son para los ácidos fuertes.
En una reacción en solución algunas de estas especies pueden estar presentes y jugar un papel como catalizadores, dependiendo del tipo de reacción. Cuando alguna reacción es catalizada por el ion (H- o H3O-) se le llama una catálisis ácida, por el contrario cuando el ion (OH-) es el catalizador se le llama catálisis básica. Para poner en evidenciaesta dependencia es suficiente llevar a cabo experimentos en los cuales se trabaje con cantidades crecientes de ácido o de base, y la reacción debe seguir un aumento de velocidad lineal con la concentración de ácido o de base. En términos cinéticos esto se escribe:


velocidad observada = ko +k[H30+] + [H30+], para el ácido,
y velocidad observada = k´o + k[OH-] [OH-], para la base
En estasdos ecuaciones ko representa la velocidad de la reacción en ausencia de especies catalíticas.
Cuando la ley de velocidad de una reacción catalizada en solución acuosa depende únicamente de las concentraciones de iones hidronio y oxhidrilo representados por [H3O+] y [OH-] respectivamente, se dice que las reacciones son ejemplos de catálisis específica.
En la actualidad, sin embargo, ha sidoreconocido a la luz de las teorías modernas sobre electrolitos que las moléculas no disociadas contribuyen también al efecto catalítico. Tales reacciones se rigen por la teoría de la catálisis ácido-base general. De la misma forma en que se escribieron las ecuaciones de velocidad para el H+ o el OH- se pueden escribir ecuaciones para la molécula de ácido (AH) y la de base (BOH):


'velocidadobservada = ko + KAH [AH] para el ácido, y
'velocidad observada = k'o + KBOH [BOH] para la base.
Si tenemos una reacción en la cual no sabemos cual es la especie catalítica, podemos llevar a cabo experiencias para determinar la contribución de cada especie en solución, esto corresponde en la práctica a cambiar el pH de la reacción.
Se puede proponer que tenemos una ecuación general de...