Catalisis

Catálisis

1. Clases de Catálisis
2. Mecanismo general de Catálisis
3. Catálisis Ácido-Base
4. Autocatálisis
5. Catálisis Enzimática
6. Catálisis Heterogénea

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Catálisis

1. Clases de Catálisis
En muchos mecanismos de reacción existe una etapa elemental, con una
velocidad menor que la del resto de etapas, que limita la velocidad global de la
reacción. Para conseguir que lareacción transcurra a mayor velocidad una opción
sería aumentar la temperatura; sin embargo, esto podría hacer disminuir la
concentración en el equilibrio del producto que deseamos, o bien dar lugar a
reacciones secundarias que consuman el producto deseado, o que generen
impurezas. Para evitar todo esto suele ser útil el empleo de un catalizador.
El término catalizador fue introducido por J. J.Bercelius en 1835, para referirse
a cualquier sustancia que, con su mera presencia provoca reacciones químicas que,
de otro modo, no ocurrirían. Más tarde, en 1902 W. Ostwald dio una definición más
ajustada y definió un catalizador como una sustancia que cambia la velocidad de una
reacción química sin ser modificada por el proceso. En 1981, finalmente, la
definición aceptada por la IUPAC es la siguiente:“un catalizador es aquella
sustancia que incrementa la velocidad de la reacción sin alterar la energía libre de
Gibbs estándar de la misma; el proceso se denomina catálisis y la reacción en que
está involucrado un catalizador se denomina reacción catalizada”. Existen
reacciones catalizadas en las que el catalizador sufre algún tipo de transformación,
por ejemplo, una descomposición, siendo estatransformación independiente de la
reacción principal, sin embargo en este caso se suele hablar de reacciones
promovidas y al catalizador se le denomina promotor.
A las sustancias que disminuyen la velocidad de la reacción se les conoce como
inhibidores o catalizadores negativos, y su aplicación industrial más importante es
la reducción de reacciones secundarias hacia productos no deseados.

Lasreacciones catalíticas se pueden clasificar en homogéneas, enzimáticas y
heterogéneas.
Las homogéneas se producen en una sola fase, gaseosa o líquida (esta última es
la más frecuente), y en ellas el catalizador se encuentra disperso uniformemente.
La catálisis heterogénea, la más importante desde el punto de vista industrial,
tiene lugar en sistemas de reacción polifásicos, donde la reacción seproduce en la

© Cristina Díaz Oliva. UAM 2010

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interfase. Normalmente el catalizador es sólido y los reactivos gases, vapores o
líquidos.
La catálisis enzimática, que ocurre en las reacciones bioquímicas, posee
características propias de las dos anteriores aunque mecanísticamente se asemeja
más a la catálisis heterogénea.
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2. Mecanismo general de catálisis
Unareacción catalizada ocurre por una ruta alternativa a la de la reacción sin
catalizar.

Energía

Sin Catalizador

Ea,1 (directa)

E’a,1
(directa)

Con
Catalizador

E’a,-1
(inversa)

Ea,-1
(inversa)

∆H(reacción)

Reactivos

Productos

Coordenada de reacción
El catalizador participa en alguna etapa del mecanismo, pero queda liberado al
final.
En la catálisis heterogénea y enzimática el catalizadorforma un complejo de
adición con la molécula sustrato.
En la catálisis ácido-base hay una transferencia protónica entre el catalizador y
el sustrato.

© Cristina Díaz Oliva. UAM 2010

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El catalizador no afecta la posición del equilibrio químico. Puesto que en el
equilibrio K 

k1
, entonces el catalizador aumenta las velocidades del proceso
k 1

directo e inversoexactamente en la misma cantidad.
Hay una gran variedad de mecanismos para las reacciones catalizadas. Un
modelo general, común a reacciones catalizadas por superficies, enzimas o por
ácidos y bases, es el siguiente:

S+C
X+ D

k1
k_1
k2

X+Y
P+ Z

En este mecanismo general pueden darse dos situaciones:
(1)

que la velocidad de la segunda etapa sea muy lenta, de forma que el
equilibrio de la...