Catalizadores

GENERALIDADES SOBRE CATALIZADORES
Un catalizador es una sustancia que se encuentra presente en el medio en que se lleva cabo una reacción, y que produce un efecto de aceleración o desaceleración, sin que se aprecie cambio químico en su estructura al inicio y al final del proceso.
El estudio de la composición del agua oxigenada
2H2 O2 2H2 + O2
que es catalizada por oro,plata, platino o dióxido de manganeso, llevo a Juan Jacobo Berzelius a la conclusión de que “el catalizador permanece inalterado y, por ende, actúa con una fuerza inherente cuya naturaleza es aún desconocida”












 



¿Cómo logran los catalizadores llevar a cabo su función de acelerar o retardar las reacciones químicas?
El problema energético mundial puede tener muchas víasde solución. Hoy dependemos del petróleo, pero cuando se acabe el petróleo en un lapso de unos cien años ¿Qué vamos hacer? Una posibilidad es obtener gasolina sintética, por el proceso Fisher-Tropsch conocido desde principios de siglo, que consiste en la siguiente reacción:
Catalizador
nC + mH2O Hidrocarburos + otros productos
Es evidente que loscatalizadores son capaces de realizar reacciones increíbles, como ésta de obtener hidrocarburos a partir de agua y carbón. Dadas las enormes reservas mundiales de carbón mineral, varios países han intentado adaptar el proceso Fischer-Tropsch a esta materia prima, pero lo elevado de los precios ha hecho poca atractiva la inversión, mientras contemos con petróleo.

¿Cómo actúan loscatalizadores?
Las moléculas reactivas se adsorben en una superficie definida del catalizador y allí tiene lugar la reacción.

Durante las ultimas dos décadas, la ciencia que estudia las superficies ha desarrollado muy diversas técnicas para caracterizar regiones superficiales, con el fin de poder analizar el fenómeno de adsorción y reacción a nivel molecular. Algunas de ellas, y las siglas en ingles conlas que se les conoce son:
• El ordenamiento de los átomos en una superficie ideal puede conocerse por medio de difracción de electrones de baja energía (LEED)
• El número de electrones que poseen estos mismos átomos puede conocerse empleando espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS)
• La composición de la superficie puede conocer con un error máximo de 1% por medio de electroscopiaAuger (AES)
• El fenómeno de adsorción y reacción sobre una superficie metálica limpia se estudia por medio de técnicas de espectometría de masas de ion secundario (SIMS) o espectroscópicas, como la fotoelectrónica de ultravioleta (UPS), la de baja energía y alta definición (HREELS) y la de barrido iónico (ISS)
Muchas reacciones orgánicas importantes se pueden llevar a cabo en ciertas condicionesusando superficies metálicas limpias como catalizadores. Como ejemplo se muestran 2 casos en los que se utilizan superficies de rutenio y rodio respectivamente.
H2
CH2 = CH2 CH3 – CH3 Hidrogenación
H2
CH3 – CH3 2 CH4 Hidrogenólisis
El proceso de adsorción de un reactivo orgánico sobre unsólido inorgánico puede ser más rápido si se reduce la dimensionalidad del espacio de reacción o, en otras palabras, si se restringe la libertad de movimiento de las moléculas de los reactivos. Un ejemplo ayudará a comprender lo anterior. Si se lleva a cabo la reacción
A2 + B2 2 AB
La probabilidad de que B2 “encuentre” una molécula de A2 adsorbida en el sitio activo esmucho menor en tres dimensiones que en una superficie bidimensional.
El efecto cinético neto de un catalizador es el de reducir o aumentar la energía de activación de la reacción correspondiente.
La labor de un catalizador que acelera una reacción es reunir los reactivos y propiciar la reacción entre ellos, o sea, disminuir la barrera de activación
Otro tipo de catalizadores eleva la barrera de...