Catalisis

Reactores Químicos y Biológicos

Catálisis Heterogénea

CAPITULO 10

CATÁLISIS HETEROGENEA

1. INTRODUCCIÓN
Para que una reacción química tenga lugar se debe superar el valor de la energía de activación. Una vez vencida esa barrera el sistema evoluciona de forma tal que llegará al estado final de la reacción. La velocidad de reacción podría incrementarse de dos maneras: aumentando laconcentración del "complejo activado" o eventualmente disminuyendo la energía de activación. Este último mecanismo es el que se pone de manifiesto cuando se emplea determinadas sustancias llamadas catalizadores. Estas sustancias aceleran las reacciones químicas disminuyendo la energía libre de activación, se combinan con los reactivos para producir un estrato de transición de menor energía que elestado de transición de la reacción no catalizada. Por ejemplo el hidrógeno y el oxígeno gaseoso son inertes a temperatura ambiente pero rápidamente reaccionan cuando están expuestos con platino. Cuando los productos de la reacción se forman, se regenera el catalizador al estado libre. El catalizador cambia una velocidad de reacción promoviendo un mecanismo molecular diferente para la reacciónpero no modifica el equilibrio termodinámico.

Figura 1 Hay principalmente dos tipos de catálisis: Catálisis homogenea: tiene lugar cuando los reactivos y el catalizador se encuentran en la misma fase, sea líquida o gaseosa. En la catálisis homogénea se tiene un acceso más fácil al mecanismo de reacción y por consecuencia se puede dominar mejor el proceso catalítico correspondiente. Otra ventajano menos despreciable de este tipo de catálisis es la ausencia de efectos de envenenamiento tan frecuentes en

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el caso de la catálisis heterogénea, y que obliga a tratamientos costosos de eliminación de impurezas. Algunos de los procesos más importantes: Polimerización de olefinas: polietileno Producción de biodiesel Adición deolefinas: polibutadieno Oxidación de olefinas: óxido de propileno Polimerización-condensación: fibra de poliéster.

Uno de los inconvenientes de la catálisis homogénea es la dificultad de separar el catalizador del medio reaccionante, lo que presenta un mayor costo que el de los procesos heterogéneos convencionales. Catálisis heterogénea: el catalizador esta presente en la reacción en una fasediferente a la de los reactivos. Generalmente el catalizador es un sólido y los reactivos son líquidos o gases. La separación más simple y completa del catalizador del producto provoca que la catálisis heterogénea sea mas atractiva económicamente. Uno de los inconvenientes que presenta los catalizadores heterogéneos es la desactivación, esta puede originarse por sinterizado de la superficie,envenenamiento irreversible provocado por alguna sustancia o ensuciamiento provocado por la deposición de carbón u otras sustancias. Otras posibles clasificaciones de los catalizadores presentes en la literatura se basan en su estado físico, es así que el catalizador puede ser gaseoso, líquido o sólido. Dependiendo de la sustancia sobre la cual se ha manufacturado, el catalizador puede ser orgánico(enzimas o ácidos orgánicos) o inorgánicos (metales, óxidos metálicos, etc.). Finalmente, basado en la acción la catálisis puede clasificarse en enzimática, acido-base, fotocatalítica, etc.

2. CATALISIS HETEROGENERA
Tipos de catalizadores Una reacción heterogénea ocurre en una la interfase sólido-fluido por lo que es esencial disponer de una área interfacial muy grande con el fin de conseguiraltas velocidades de reacción. Esta área puede proveerse mediante un estructura porosa interna de pequeños poros. Los catalizadores porosos pueden tener áreas intersticiales muy grandes. Un catalizador de silice-alumina para cracking catalítico puede tener un área superficial de 300 m2/seg (una casa muy grande o una cancha de futbol en un gramo). 2

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