Catálisis Heterogénea

1 INTRODUCCIÓN
La velocidad de muchas reacciones químicas aumenta al añadirle una sustancia llamada catalizador. El fenómeno recibe el nombre de catálisis, y tiene las siguientes características:

 a) El efecto suele ser muy notorio, con pequeñas cantidades de catalizador se consiguen aumentos grandes de velocidades.  b) El catalizador interviene en la reacción de forma tal que al final serecupera por completo en el mismo estado que antes de la reacción. Esta claro, sin embargo, que el mecanismo de la reacción catalizada debe ser distinto que la no catalizada y en él debe intervenir el catalizador. Con frecuencia se altera químicamente el catalizador por reacciones secundarias, bien con impurezas o bien con los productos de la reacción principal. Por otra parte, en muchas reaccionesheterogéneas el catalizador sufre modificaciones estructurales, con el tiempo, que lo van desactivando. A pesar de ello, es cierto que en las reacciones elementales el catalizador vuelve a su estado inicial.

 c) No se modifican los parámetros termodinámicos de la reacción, lo que implica que la catálisis debe afectar por igual a la velocidad de la reacción directa que a la inversa, ya que elcociente de ambas constantes de velocidad es la de equilibrio.

A veces, uno de los productos de la reacción actúa de catalizador (autocatálisis), en cuyo caso la reacción empieza lentamente, para ir acelerándose a medida que aumenta la concentración del catalizador.

El mecanismo general de la catálisis es simple. Sea una reacción elemental en el que el reactivo S (estrato) da el producto P.En ausencia de catalizador, transcurrirá por formación del complejo activado

SS*P

Con una energía de activación Ea. En presencia del catalizador C, la reacción transcurre a través de la formación de un complejo activado distinto, en el que además interviene el catalizador, llamado complejo sustrato-catalizador, SC*

S + C SC*P + C

La energía de activación Eaes ahora menor, y, porconsiguiente, la velocidad, mayor. Dada la forma exponencial de la constante de velocidad (por ejemplo Arrhenius), pequeñas variaciones en la energía de activación da variaciones grandes de velocidad. Desde el punto de vista molecular, el catalizador es una sustancia capaz de formar complejos activados de menor energía de activación. El hecho de que la reacción transcurra por el mecanismocatalítico no quiere decir que no se desarrolle también paralelamente por el ordinario, ya que siempre habrá choques eficaces entre los reactivos, además de los choques en que intervenga el catalizador. Como la reacción ordinaria suele ser mucho más lenta que la catalizada, se comprende que no hay catalizadores negativos que disminuya la velocidad, ya que entonces la reacción procedería simplemente por suscauces ordinarios. Existen sustancias llamada inhibidores que, en efecto, disminuyen la velocidad, llegando incluso a detener por completo la reacción.

Con frecuencia, los catalizadores son capaces de dirigir la reacción hacia la obtención de unos productos u otros. Se dice entonces que son específicos. La razón de la especificidad hay que buscarla en el complejo sustratocatalizador, cuyanaturaleza y estructura molecular serán distintas en cada caso. Existe catalizadores enormemente específicos que catalizan incluso solo una reacción concreta, como las enzimas; Y también existen otros muy pocos específicos, que catalizan un gran número de reacciones, como los ácido-base.

La catálisis puede dividirse en; homogéneo, tanto el catalizador como el reactivo están en una misma fase,gaseosa o, mas corrientemente líquida. La catálisis heterogénea, el catalizador está en una fase y los reactivos en otra diferente; Caben muchas combinaciones, la más corriente es cuando el catalizador es sólido y los reactivos gaseosos. Se caracteriza por ser más específica que la homogénea y por ser la velocidad función no de la masa del catalizador, sino de su superficie.

Un caso especial es la...