Catálisis

INTRODUCCIÓN Un catalizador es una substancia que aumenta la velocidad de una reacción, participando en el mecanismo por el cual transcurre la misma, pero sin alterar su estequiometría. Además de ajustarse a esta definición minimalista, los catalizadores poseen algunas de las siguientes características: · En general, y cuando la comparación es posible, la energía de activación de la reaccióncatalizada es menor que la de la reacción no-catalizada. · Suele bastar una pequeña cantidad de catalizador para realizar su función. · Puesto que no participan en la estequiometría de la reacción, y ésta define el valor de DGº, el valor de la constante de equilibrio no se afecta, por lo que deben catalizar las reacciones en sentido directo e inverso. Al hablar de catálisis se suele distinguir entrecatálisis homogénea, y heterogénea. En el primer caso la reacción ocurre en una sola fase, mientras que en el segundo la reacción transcurre en la interfase entre dos fases. Existen muchas reacciones catalizadas en fase homogénea (líquida y sólida). En general, cada una de ellas debe ser tratada por separado ya que no hay un mecanismo absolutamente general. Por ejemplo, la oxidación de SO2 a SO3,catalizada por NO, la descomposición de O3 catalizada por Cl, ó la descomposición del H2O2 catalizada por iones Fe2+. No obstante, existen grupos de reacciones que comparten muchas características, y que permiten hablar de algunos tipos de catálisis homogénea. Entre ellos está lacatálisis ácido-base, y la catálisis enzimática. A pesar de la diversidad de mecanismos que se pueden dar en el conjuntode las reacciones catalizadas, existen algunos elementos comunes que conviene tener en cuenta cuando se va a formular un posible mecanismo: el catalizador debe formar algún tipo de compuesto intermedio con alguno de los reactivos, de forma que las etapas iniciales del mecanismo deben corresponder a la formación de estos intermedios. La descomposición de los compuestos intermedios, a su vez, darálugar a la

formación de los productos y regeneración del catalizador, constituyendo las etapas finales. Todas las reacciones catalizadas, en general, participan de este esquema simple, incluyendo aquellas que se catalizan en fase heterogénea. El conjunto de etapas elementales que constituye el mecanismo se podrá simplificar, en general, aplicando una de las dos aproximaciones habituales encinética: la aproximación de la etapa limitante, y la aproximación del estado estacionario. En el primer caso se supondrá que alguna ó algunas de las etapas iniciales de formación de complejos catalizadorreactivo serán etapas de equilibrio rápido, mientras que la velocidad de la reacción estará controlada por la velocidad de la reacción que se considere más lenta, y que será alguna ó algunas de lasetapas de descomposición de los complejos anteriores, en las que se formarán los productos, mientras se regenera el catalizador. En el segundo caso, la aproximación del estado estacionario consiste en suponer que los compuestos intermedios reactivo-catalizador son muy reactivos, de forma que las etapas de descomposición para regenerar el catalizador son tan rápidas que la concentración de estoscomplejos intermedios es muy baja a lo largo de la reacción, y por tanto su concentración practicamente constante. En ambos casos se ha de procurar que la ecuación diferencial última en que se simplifica el conjunto de ecuaciones diferenciales que constituye el mecanismo, incluya la concentración total de catalizador que se utiliza, de forma que se facilite el trabajo experimental de comprobación de laecuación. Finalmente se debe destacar que en el caso de catálisis heterogénea, en la interfase entre un sólido y un gas, las etapas de formación de complejos catalizador-reactivo constituyen en realidad los fenómenos de adsorción ya vistos en el capítulo de adsorción de gases en sólidos, de forma que algunos de los tratamientos y ecuaciones vistos allí serán de utilidad en la elucidación de...