Catalisis heterogenea

ESCOLA TÉCNICA SUPERIOR DE ENXEÑARÍA

Catálisis heterogénea
Ingeniería de la reacción química
Diego Sánchez. Guillermo Rabuñal. Pablo
19/11/2014

1. Introducción.
Para que una reacción química tenga lugar se debe superar el valor de la energía de
activación correspondiente a dicha reacción. Una vez vencida esta barrera, el sistema
evoluciona de forma tal que llegará al estado final dela reacción. La velocidad de reacción
podría aumentarse de dos maneras: aumentando la concentración del “complejo activado” o
eventualmente disminuyendo la energía de activación (1). Este último mecanismo es el que se
pone de manifiesto cuando se emplean ciertas sustancias que reciben el nombre de
catalizadores. Estas sustancias aceleran las reacciones químicas disminuyendo la energía deactivación, se combinan con los reactivos para producir un estrato de transición con menor
energía que el estrato de transición de la reacción no catalizada. Un ejemplo de catálisis lo
encontramos en la síntesis del amoníaco, en la que tres moléculas de hidrógeno se combinan
con una de nitrógeno para dar lugar a dos de amoníaco.
3𝐻2 + 𝑁2 → 2𝑁𝐻3 − 𝑐𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝐹𝑒(𝑠) (1)

Ilustración 1: Energíade activación de una reacción sin catalizar y una reacción catalizada.

Existen principalmente dos tipos de catálisis: La catálisis homogénea y la catálisis
heterogénea.
Catálisis homogénea: tiene lugar cuando los reactivos y el catalizador se encuentran en la
misma fase. En este tipo de catálisis se tiene un acceso más fácil al mecanismo de la reacción y
además la contaminación de losproductos es mucho menor que en el caso de la catálisis
heterogénea. El inconveniente de este tipo de catálisis es la dificultad de separar el catalizador
del medio reaccionante.
Catálisis heterogénea: el catalizador está presente en una fase diferente a la de los reactivos.
Por norma general, el catalizador es un sólido y los reactivos gases o líquidos. En este caso, la
ventaja principal es quela separación del catalizador del medio de reacción es mucho más
sencilla que en la catálisis homogénea. El mayor inconveniente de este tipo de catálisis es la
desactivación del catalizador.

2. Catálisis heterogénea.
En este tipo de catálisis, los catalizadores proporcionan un soporte para que tenga lugar la
reacción química, es decir, ofrecen una superficie para que la reacción tenga lugar.Para que
esto tenga lugar, uno o más de los reactivos deben difundir a la superficie del catalizador y
adsorberse en él. Después de esto, los productos deben desorberse del sólido.
1

2.1. Tipos de catalizadores.
Una reacción con catálisis heterogénea ocurre en la interfase sólido-fluido con lo que la
velocidad de reacción será mayor cuanto mayor sea el área interfacial. Para esto sonútiles los
materiales porosos, que presentan un gran área interfacial, y además, si el tamaño de los
poros es suficientemente pequeño, pueden ejercer de filtro o tamiz para que solo las
moléculas pequeñas puedan acceder a su interior. Un ejemplo de este tipo de materiales son
las zeolitas, aluminosilicatos cristalinos, o ciertas arcillas. En otros casos, el catalizador consiste
en partículas deun elemento activo, normalmente un metal o una aleación, sobre un material
inerte que recibe el nombre de soporte.
Por último, uno de los tipos de catalizador más utilizados actualmente, son los
catalizadores estructurados. Se trata de estructuras rígidas con grandes poros o canales que
exponen una gran área de contacto sobre la que adherir una película de catalizador.

2.2. Etapas en unareacción catalítica heterogénea.
Una reacción catalítica heterogénea tiene lugar en varias etapas, siendo todas ellas
características e indispensables. A continuación se muestran los diferentes pasos ordenados en
el mismo orden en el que suceden.
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Transporte de reactivos desde el fluido hasta la superficie externa del catalizador.
Difusión de los reactivos desde el poro...