Catalisis

Unidad 3
Tema 3 Catalisis
El catalizador es una substancia que influye sobre la velocidad de reacción y puede alterarse o no durante el proceso. En el caso de que se altere, la substancia se considera como catalizador solamente si no existe relación estequiometria total entre su peso y el peso de la substancia transformada. Muchas veces, aún las trazas de catalizador son extremadamenteeficaces. La relación de utilidad, o número de moléculas convertidas por molécula de catalizador, puede ser del orden de millones.
En las reacciones reversibles, el proceso inverso se acelera en la misma proporción que el directo. Cuando la reacción puede transcurrir según diversos caminos irreversibles, el catalizador puede favorecer un camino frente a los otros, conduciendo así a una distribución deproductos diferente a la que se obtiene en la reacción no catalizada.
Los procesos catalíticos son ejemplos excelentes de reacciones complejas. Se considera que el catalizador se combina con alguno de los reactantes para dar un compuesto intermedio, que a continuación reacciona para formar los productos de la reacción principal y dejar en libertad el catalizador, que puede reaccionar nuevamente.Se ha demostrado de forma concluyente que la etapa catalizada requiere menor energía de activación y, por tanto, puede transcurrir más fácilmente.

Tipos de catálisis
Los catalizadores pueden ser homogéneos o heterogéneos, dependiendo de si existe un catalizador en la misma fase que el sustrato. Los biocatalizadores son vistos a menudo como un grupo separado.
Catalizadores heterogéneos

Loscatalizadores heterogéneos son aquellos que actúan en una fase diferente que los reactivos. La mayoría de los catalizadores heterogéneos son sólidos que actúan sobre sustratos en una mezcla de reacción líquida o gaseosa. Se conocen diversos mecanismos para las reacciones en superficies, dependiendo de cómo se lleva a cabo la adsorción ( Langmuir-Hinshelwood, Eley -Rideal, y Mars-van Krevelen). Elárea superficial total del sólido tiene un efecto importante en la velocidad de reacción. Cuanto menor sea el tamaño de partícula del catalizador, mayor es el área superficial para una masa dada de partículas.
Por ejemplo, en el proceso de Haber, el hierro finamente dividido sirve como un catalizador para la síntesis de amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno. Los gases reactantes se adsorbenen los "sitios activos" de las partículas de hierro. Una vez adsorbidos, los enlaces dentro de las moléculas reaccionantes se resienten, y se forman nuevos enlaces entre los fragmentos generados, en parte debido a su proximidad. De esta manera el particularmente fuerte triple enlace en el nitrógeno se debilita y los átomos de hidrógeno y nitrógeno se combinan más rápido de lo que lo haría el casoen la fase gaseosa, por lo que la velocidad de reacción aumenta.
Los catalizadores heterogéneos suelen estar "soportados", que significa que el catalizador se encuentra disperso en un segundo material que mejora la eficacia o minimiza su costo. A veces el soporte es más que una superficie sobre la que se transmite el catalizador para aumentar el área superficial. Más a menudo, el soporte y elcatalizador interactúan, afectando a la reacción catalítica.

Catalizadores homogéneos
Normalmente los catalizadores homogéneos están disueltos en un disolvente con los sustratos. Un ejemplo de catálisis homogénea implica la influencia de H+ en la esterificación de los ésteres, por ejemplo, acetato de metilo a partir del ácido acético y el metanol. Para los químicos inorgánicos, la catálisishomogénea es a menudo sinónimo de catalizadores organometálicos.

Electrocatalizadores
En el contexto de la electroquímica, específicamente en la ingeniería de las pilas de combustible, que contienen varios metales los catalizadores se utilizan para mejorar las velocidades de las semirreacciones que conforman la pila de combustible. Un tipo común de electrocatalizador de pila de combustible se...