Catalisis

Capítulo 24

Catálisis
M. G. Roig y F. J. Burguillo Muñoz 24.1. GENERALIDADES Las velocidades de muchas reacciones químicas se ven modificadas por la presencia de alguna sustancia que permanece inalterada al final del proceso. Ejemplos de tales reacciones son la conversión del almidón en azúcares, cuya velocidad de transformación se ve afectada por ácidos; la descomposición del peróxido dehidrógeno, afectada por los iones férricos; la formación 'de amoníaco en presencia de platino poroso. En 1836, el químico J. J. Berzelius denominó estas reacciones como procesos catalizados. En 1895, F. W. Ostwald definió un catalizador como cualquier sustancia que altera la velocidad de una reacción química sin modificación alguna de los factores energéticos de la reacción. Otra defmición es la quedice que un catalizador altera la velocidad de una reacción química y es a la vez reactivo y producto de la reacción. Quizás una definición más apropiada sea: «Un catalizador es una sustancia que acelera la velocidad de una reacción sin modificar la variación global de energía de Gibbs normal de la reacción». Las catálisis pueden ser de diversos tipos. Se llama catálisis homogénea cuando elcatalizador y el sistema reactivo forman un sistema homogéneo con una sola fase, como se ha observado en algunas reacciones en fase gas y en disolución, entre las que se destaca la llamada catálisis ácido-base. Este tipo de catálisis suele ser poco específica y de orden 1 respecto del catalizador. Se llama catálisis heterogénea cuando el catalizador forma una fase distinta al sistema reactivo, comoocurre con los catalizadores sólidos, que incrementan la velocidad de reacciones en fase gas o, a veces, en disolución. Este tipo de catálisis es más específica y la velocidad de las reacciones es función de la superficie y no de la masa del catalizador. Existe también otro importante tipo de catálisis, la denominada catálisis enzimática, que se produce, sobre todo, en reacciones de tipo bioquímico,por la acción de las enzimas, que son proteínas que normalmente forman una disolución coloidal dentro del sistema reactivo. Asimismo, un fenómeno frecuente en las reacciones de disolución es la denominada autocatálisis, cuando el catalizador viene a ser uno de los productos de la reacción. En este caso, la reacción comienza lentamente, para ir acelerándose a medida que aumenta la concentración delcatalizador. Los fenómenos de catálisis y, por tanto, el poder atribuir a una especie o especies la propiedad de catalizador, dependen de una serie de características que se especifican a continuación. a) Normalmente se ha podido hablar de que el catalizador no participa en la reacción porque, como idea base, se puede establecer que el catalizador se recupera sin haberse consumido al completarsela reacción. Sin embargo, el catalizador sí participa en la reacción, interviene en su mecanismo y se regenera de nuevo. b) En las reacciones catalizadas, pequeñas cantidades de catalizador pueden producir un efecto considerable sobre una gran cantidad de reactivos. Esta propiedad es muy destacada en la catálisis enzimática y se manifiesta también en la catálisis heterogénea, pero no es reglageneral en muchos casos de catálisis homogénea. Casi siempre el efecto del catalizador se manifiesta sobre los valores de las constantes de velocidad. Y es muy

frecuente que este efecto sea proporcional a la concentración del catalizador, esto es, que la velocidad de la reacción catalizada viene a ser proporcional a esta concentración

υ = k [C ]
donde k es función de la concentración delreactivo. En este caso, la velocidad de la reacción en ausencia del catalizador ha de ser cero. Sin embargo, hay muchos ejemplos en los que es necesario introducir un término adicional, independiente de la concentración del catalizador, a la ecuación de velocidad, de modo que

υ = k [C ] + υ0
Es decir, la reacción no catalizada, a concentración cero del catalizador, posee una velocidad 0. c) Los...