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Catálisis

La catálisis es el proceso por el cual se aumenta la velocidad de una reacción química, debido a la participación de una sustancia llamada catalizador y aquellas que desactivan la catálisis son denominados inhibidores. Una característica importante es que la masa de catalizador no se modifica durante la reacción química, lo que lo diferencia de un reactivo, cuya masa va disminuyendo a lo largo de la reacción.

Esquema de la hidrogenación de un doble enlace C=C, catalizada por un metal.

En la síntesis de muchos de los productos químicos industriales más importantes existe una catálisis, ya que esta puede disminuir el tiempo que requiere. El envenenamiento de los catalizadores, que generalmente es un proceso no deseado, también es utilizado en la industria química. Por ejemplo, en la reducción del etino a eteno, el catalizador paladio (Pd) es "envenenado" parcialmente con acetato de plomo (II), Pb(CH3COO)2. Sin la desactivación del catalizador, el eteno producido se reduciría posteriormente a etano.[1][2]

Generalidades

La catálisis interviene en muchos procesos industriales. Así mismo, la mayoría de los procesos “biológicamente” significativos son catalizados. La investigación en catálisis es uno de los principales campos en ciencia aplicada e involucra muchas áreas de la química, especialmente en química organometálica y ciencia de materiales. La catálisis es importante para muchos aspectos de las ciencias ambientales, por ejemplo, el convertidor catalítico de los automóviles y la dinámica del agujero de ozono. Las reacciones catalíticas son las preferidas en la química verde para un medioambiente amigable debido a la reducida cantidad de residuos que genera[3]​ en lugar de las reacciones estequiométricas en las que se consumen todos los reactivos y se forman más productos secundarios. El catalizador más común es el protón (H+). Muchos metales de transición y los complejos de los metales de transición se utilizan en la catálisis. Los catalizadores llamados enzimas son importantes en Biología.

El catalizador funciona proporcionando un camino de reacción alternativo al producto de reacción. La velocidad de la reacción aumenta a medida que esta ruta alternativa tiene una menor energía de activación que la ruta de reacción no mediada por el catalizador. La dismutación del peróxido de hidrógeno para dar agua y oxígeno es una reacción que está fuertemente afectada por los catalizadores:

2 H2O2 → 2 H2O + O2

Esta reacción está favorecida, en el sentido de que los productos de reacción son más estables que el material de partida, sin embargo, la reacción no catalizada es lenta. La descomposición del peróxido de hidrógeno es de hecho tan lenta que las soluciones de peróxido de hidrógeno están disponibles comercialmente. Tras la adición de una pequeña cantidad de dióxido de manganeso, el peróxido de hidrógeno reacciona rápidamente de acuerdo a la ecuación anterior. Este efecto se ve fácilmente por la efervescencia del oxígeno.[4]​ El dióxido de manganeso puede ser recuperado sin cambios, y volver a utilizarse de forma indefinida, y por lo tanto no se consume en la reacción. En consecuencia, el dióxido de manganeso cataliza esta reacción.[5]

Características

La característica general de la catálisis es que la reacción catalítica tiene un menor cambio de energía libre de la etapa limitante hasta el estado de transición que la reacción no catalizada correspondiente, resultando en una mayor velocidad de reacción a la misma temperatura. Sin embargo, el origen mecánico de la catálisis es complejo.

Los catalizadores pueden afectar favorablemente al entorno de reacción, por ejemplo, los catalizadores ácidos para las reacciones de los compuestos carbonílicos forman compuestos intermedios específicos que no se producen naturalmente, tales como los ésteres de Osmio en la dihidroxilación de alquenos catalizadas por el tetróxido de osmio, o hacer la ruptura de los reactivos a formas reactivas, como el hidrógeno atómico en la hidrogenación catalítica.

Cinéticamente, las reacciones catalíticas se comportan como las reacciones químicas típicas, es decir, la velocidad de reacción depende de la frecuencia de contacto de los reactivos en la etapa determinante de velocidad (ver ecuación de Arrhenius). Normalmente, el catalizador participa en esta etapa lenta, y las velocidades están limitadas por la cantidad de catalizador. En catálisis heterogénea, la difusión de los reactivos a la superficie de contacto y la difusión de los productos desde dicha superficie puede ser la etapa determinante de la velocidad. Eventos similares relacionados con la unión del sustrato y la disociación del producto se aplican en la catálisis homogénea.

Aunque los catalizadores no son consumidos por la propia reacción, pueden resultar inhibidos, desactivados o destruidos por procesos secundarios. En la catálisis heterogénea, procesos secundarios típicos incluyen el coqueo, donde el catalizador se cubre por productos secundarios poliméricos. Además, los catalizadores heterogéneos pueden disolverse en la solución en un sistema sólido-líquido o evaporarse en un sistema sólido-gas.

Principios generales de la catálisis

Mecanismo típico

Los catalizadores generalmente reaccionan con uno o más de los reactivos para formar productos intermedios que, posteriormente, conducen al producto final de reacción. En el proceso se regenera el catalizador. El siguiente esquema es típico de una reacción catalítica, donde C representa el catalizador, X e Y son los reactivos, y Z es el producto de la reacción de X con Y:

X + C → XC (1)
Y + XC → XYC (2)
XYCCZ (3)
CZ → C + Z (4)

Aunque el catalizador es consumido por la reacción 1, posteriormente es producido por la reacción 4, por lo que la reacción global es:

X + Y → Z

Como el catalizador se regenera en una reacción, a menudo bastan pequeñas cantidades del catalizador para incrementar la velocidad de una reacción. Sin embargo, en la práctica los catalizadores son algunas veces consumidos en procesos secundarios.

Como ejemplo de este proceso, en 2008, investigadores daneses revelaron por primera vez la secuencia de sucesos cuando el oxígeno y el hidrógeno se combinan en la superficie del dióxido de titanio (TiO2, o titania) para producir agua. Con una serie de imágenes de microscopía de efecto túnel a intervalos, determinaron que las moléculas sufren adsorción, disociación y difusión antes de reaccionar. Los estados intermedios de reacción fueron: HO2, H2O2, luego H3O2 y el producto final de la reacción (dímeros de la molécula de agua), tras lo cual la molécula de agua se desorbe de la superficie del catalizador.[6]

Catálisis y energética de la reacción

 
Diagrama genérico de energía potencial mostrando el efecto de un catalizador en una hipotética reacción química exotérmica X + Y para producir Z. La presencia del catalizador abre un camino de reacción diferente (mostrado en rojo) con una energía de activación menor. El resultado final y la termodinámica global son la misma.

Los catalizadores funcionan proporcionando un mecanismo (alternativo) que involucra un estado de transición diferente y una menor energía de activación. Por lo tanto, más colisiones moleculares tienen la energía necesaria para alcanzar el estado de transición. En consecuencia, los catalizadores permiten reacciones que de otro modo estarían bloqueadas o ralentizadas por una barrera cinética. El catalizador puede aumentar la velocidad de reacción o de la selectividad, o permitir que la reacción ocurra a menores temperaturas. Este efecto puede ser ilustrado con una distribución de Boltzmann y un diagrama de perfil de energía.

Los catalizadores no cambian el rendimiento de una reacción: no tienen efecto en el equilibrio químico de una reacción, debido a que la velocidad, tanto de la reacción directa como de la inversa, se ven afectadas (véase también termodinámica). El hecho de que un catalizador no cambie el equilibrio es una consecuencia de la segunda ley de la termodinámica. Supongamos que hay un catalizador que modifica el equilibrio. La introducción del catalizador en el sistema daría lugar a la reacción para ir de nuevo al equilibrio, produciendo energía. La producción de energía es un resultado necesario, puesto que las reacciones son espontáneas sí y solo sí se produce energía libre de Gibbs, y si no hay una barrera energética no hay necesidad de un catalizador. En consecuencia, la eliminación del catalizador también resultaría en una reacción, produciendo energía; esto es, tanto la adición, como su proceso inverso, la eliminación, producirían energía. Así, un catalizador que pudiera cambiar el equilibrio sería un móvil perpetuo, en contradicción con las leyes de la termodinámica.[7]

Si un catalizador cambia el equilibrio, entonces debe consumirse a medida que avanza la reacción, y por lo tanto también es un reactivo. Algunos ejemplos ilustrativos son la hidrólisis de los ésteres catalizada por bases, donde el ácido carboxílico producido reacciona inmediatamente con el catalizador básico, y así el equilibrio de la reacción se desplaza hacia la hidrólisis.

La unidad derivada SI para medir la actividad catalítica de un catalizador es el katal, que es igual a moles por segundo. La actividad de un catalizador puede ser descrita por el número de conversiones, o TON (del inglés turn over number), y la eficiencia catalítica por la frecuencia de conversiones, TOF (del inglés turn over frequency). El equivalente bioquímico es la unidad de actividad enzimática. Para más información sobre la eficiencia de la catálisis enzimática, ver el artículo de Catálisis enzimática.

El catalizador estabiliza el estado de transición más que de los que estabiliza el material inicial. Disminuye la barrera cinética al disminuir la diferencia de energía entre el material inicial y el estado de transición.

Materiales catalíticos típicos

La naturaleza química de los catalizadores es tan diversa como la catálisis misma, aunque pueden hacerse algunas generalizaciones. Los ácidos próticos son probablemente los catalizadores más ampliamente usados, especialmente para muchas reacciones que involucran agua, incluyendo la hidrólisis y su inversa. Los sólidos multifuncionales a menudo suelen ser catalíticamente activos, por ejemplo las zeolitas, la alúmina y ciertas formas de carbono grafítico. Los metales de transición son utilizados a menudo para catalizar reacciones redox (oxigenación, hidrogenación). Muchos procesos catalíticos, especialmente los que involucran hidrógeno, requieren metales del grupo del platino.

Algunos de los llamados catalizadores son, en realidad, precatalizadores. Los precatalizadores se convierten en el catalizador en el transcurso de la reacción. Por ejemplo, el catalizador de Wilkinson RhCl(PPh3)3 pierde un ligando trifenilfosfina antes de entrar en el verdadero ciclo catalítico. Los precatalizadores son más fáciles de almacenar, pero son fácilmente activados in situ. Debido a esta etapa de preactivación, muchas reacciones catalíticas involucran un período de inducción.

Las especies químicas que mejoran la actividad catalítica son denominadas co-catalizadores o promotores, en la catálisis cooperativa.

Tipos de catálisis

Los catalizadores pueden ser homogéneos o heterogéneos, dependiendo de si existe un catalizador en la misma fase que el sustrato. Los biocatalizadores son vistos a menudo como un grupo separado.

Catalizadores enzimáticos

Son aquellos que realizan procesos mediante enzimas, estos son más empleados en las áreas industriales, una de ellas es la farmacéutica, en la cual un ejemplo es para la producción de insulina, la cual se obtiene al emplear la enzima de la bacteria E. coli.

Catalizadores heterogéneos

Los catalizadores heterogéneos son aquellos que actúan en una fase diferente que los reactivos. La mayoría de los catalizadores heterogéneos son sólidos que actúan sobre sustratos en una mezcla de reacción líquida o gaseosa. Se conocen diversos mecanismos para las reacciones en superficies, dependiendo de cómo se lleva a cabo la adsorción (Langmuir-Hinshelwood, Eley -Rideal, y Mars-van Krevelen).[8]​ El área superficial total del sólido tiene un efecto importante en la velocidad de reacción. Cuanto menor sea el tamaño de partícula del catalizador, mayor es el área superficial para una masa dada de partículas.

Por ejemplo, en el proceso de Haber, el hierro finamente dividido sirve como un catalizador para la síntesis de amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno. Los gases reactantes se adsorben en los "sitios activos" de las partículas de hierro. Una vez adsorbidos, los enlaces dentro de las moléculas reaccionantes se resienten, y se forman nuevos enlaces entre los fragmentos generados, en parte debido a su proximidad. De esta manera el particularmente fuerte triple enlace en el nitrógeno se debilita y los átomos de hidrógeno y nitrógeno se combinan más rápido de lo que lo harían el caso en la fase gaseosa, por lo que la velocidad de reacción aumenta.

Los catalizadores heterogéneos suelen estar "soportados", que significa que el catalizador se encuentra disperso en un segundo material que mejora la eficacia o minimiza su costo. A veces el soporte es más que una superficie sobre la que se transmite el catalizador para aumentar el área superficial. Más a menudo, el soporte y el catalizador interactúan, afectando a la reacción catalítica.

Catalizadores homogéneos

Normalmente los catalizadores homogéneos están disueltos en un disolvente con los sustratos. Un ejemplo de catálisis homogénea implica la influencia de H+ en la esterificación de los ésteres, por ejemplo, acetato de metilo a partir del ácido acético y el metanol.[9]​ Para los químicos inorgánicos, la catálisis homogénea es a menudo sinónimo de catalizadores organometálicos.[10]

Electrocatalizadores

En el contexto de la electroquímica, específicamente en la ingeniería de las pilas de combustible, que contienen varios metales los catalizadores se utilizan para mejorar las velocidades de las semirreacciones que conforman la pila de combustible. Un tipo común de electrocatalizador de pila de combustible se basa en nanopartículas de platino que están soportadas en partículas un poco mayores de carbón. Cuando este electrocatalizador de platino está en contacto con uno de los electrodos en una pila de combustible, aumenta la velocidad de reducción del oxígeno a agua (o hidróxido o peróxido de hidrógeno).

Organocatálisis

Mientras que los metales de transición a veces atraen más la atención en el estudio de la catálisis, las moléculas orgánicas que no contengan metales también pueden poseer propiedades catalíticas. Normalmente, los catalizadores orgánicos requieren una mayor carga (o cantidad de catalizador por unidad de cantidad de reactivo) que los catalizadores basados en metales de transición, pero estos catalizadores suelen estar disponibles comercialmente en grandes cantidades, ayudando a reducir los costos. A principios de los 2000, los organocatalizadores fueron considerados una "nueva generación" y eran competidores de los tradicionales catalizadores que contenían metales. Las reacciones enzimáticas operan a través de los principios de la catálisis orgánica.

Nanocatálisis

El principio de la nanocatálisis se basa en la premisa de que los materiales catalíticos aplicados en la nanoescala tienen mejores propiedades, en comparación con lo que exhiben en una macroescala.

Importancia de la catálisis

Se estima que el 90% de todos los productos químicos producidos comercialmente involucran catalizadores en alguna etapa del proceso de su fabricación.[11]​ En 2005, los procesos catalíticos generaron cerca de 900.000 millones de dólares en productos de todo el mundo.[12]​ La catálisis es tan penetrante que las subáreas no son fácilmente clasificables. Algunas áreas de particular concentración

Procesamiento de energía

El refinado de petróleo hace un uso intensivo de la catálisis para la alquilación, craqueo catalítico (rotura de hidrocarburos de cadena larga en trozos más pequeños), reformado de nafta y el reformado con vapor (conversión de hidrocarburos en gas de síntesis). Incluso los gases de combustión de la quema de combustibles fósiles es tratada a través de la catálisis: convertidores catalíticos, normalmente compuestos de platino y rodio, rompen algunos de los subproductos más nocivos de los gases de escape de los automóviles.

2 CO + 2 NO → 2 CO2 + N2

Con respecto a los combustibles sintéticos, un viejo pero importante proceso es el síntesis de Fischer-Tropsch [13][14]​de hidrocarburos a partir del gas de síntesis, que a su vez se procesa a través de la reacción de cambio agua-gas, catalizada por el hierro. El Biodiésel y los biocombustibles relacionados requieren un procesamiento tanto a través de los catalizadores inorgánicos como de los biocatalizadores.

Las pilas de combustible se basan en catalizadores de las reacciones tanto anódicas como catódicas.

Productos químicos a granel

Algunos de los productos químicos obtenidos a gran escala se producen a través de la oxidación catalítica, a menudo usando oxígeno. Algunos ejemplos son el ácido nítrico (a partir de amoníaco), el ácido sulfúrico (a partir de dióxido de azufre a trióxido de azufre por el proceso de las cámaras de plomo), el ácido tereftálico a partir de p-xileno, el ácido acrílico a partir de propileno o propano[15][16]​, y el acrilonitrilo a partir de propano y amoníaco.

Muchos otros productos químicos son generados por reducción a gran escala, a menudo a través de hidrogenación. El ejemplo a mayor escala es el amoníaco, que se prepara a través del proceso de Haber a partir de nitrógeno. El Metanol es preparado a partir de monóxido de carbono.

Los polímeros a granel derivados de etileno y propileno se preparan a menudo a través de la catálisis Ziegler-Natta. Los poliésteres, las poliamidas, y los isocianatos se obtienen a través de la catálisis ácido-base.

La mayoría de los procesos de carbonilación requieren catalizadores metálicos, los ejemplos incluyen la síntesis de ácido acético mediante el proceso Monsanto y la hidroformilación.

Química fina

Muchos productos de química fina se preparan a través de la catálisis, los métodos incluyen a los de la industria pesada, así como procesos más especializados que serían prohibitivamente caros a gran escala. Algunos ejemplos son la metátesis de olefinas usando el catalizador de Grubbs, la reacción de Heck, y la reacción de Friedel-Crafts.

Debido a que la mayoría de los compuestos bioactivos son quirales, muchos productos farmacéuticos son producidos por catálisis enantioselectiva.

Procesamiento de alimentos

Una de las aplicaciones más obvias de la catálisis es la hidrogenación (reacción con el hidrógeno gas) de las grasas usando níquel como catalizador para producir la margarina.[17]​ Muchos otros productos alimenticios se preparan a través de biocatálisis (véase más abajo).

Biología

En la naturaleza, las enzimas son catalizadores en el metabolismo y el catabolismo. La mayoría de biocatalizadores están basados en proteínas, es decir, enzimas, pero otras clases de biomoléculas también exhiben propiedades catalíticas incluyendo las ribozimas, y de desoxirribozimas sintéticas.[18]

Los biocatalizadores se pueden considerar como intermedio entre los catalizadores homogéneos y los heterogéneos, aunque estrictamente hablando las enzimas solubles son catalizadores homogéneos y las enzimas enlazadas a membrana son heterogéneas. Varios factores afectan la actividad de las enzimas (y otros catalizadores), incluyendo la temperatura, el pH, la concentración de la enzima, el sustrato y los productos. Un reactivo particularmente importante en las reacciones enzimáticas es el agua, que es el producto de muchas de las reacciones en que se forman enlaces y un reactivo en muchos procesos en que se rompen enlaces.

Las enzimas se emplean para preparar los productos químicos básicos, incluyendo el jarabe de maíz y la acrilamida.

En el medio ambiente

La catálisis tiene un impacto en el medio ambiente mediante el aumento de la eficiencia de los procesos industriales, pero la catálisis también juega un papel directo en el medio ambiente. Un ejemplo notable es el papel catalítico de los radicales libres en la destrucción del ozono. Estos radicales se forman por la acción de la radiación ultravioleta sobre los clorofluorocarburos (CFC)

Cl· + O3 → ClO· + O2
ClO· + O· → Cl· + O2

Historia

En un sentido general, cualquier cosa que aumenta la velocidad de un proceso es un "catalizador", un término derivado del griego, que significa "anular", "desatar", o "recoger". La frase procesos catalizados fue acuñada por Jöns Jakob Berzelius en 1836[19]​ para describir las reacciones que son aceleradas por sustancias que permanecen sin cambios después de la reacción. Otro de los primeros químicos involucrados en la catálisis fue Alexander Mitscherlich quien se refirió a los procesos de contacto y Johann Wolfgang Döbereiner que habló de acción de contacto y cuyo encendedor basado en hidrógeno y una esponja de platino se convirtieron en un gran éxito comercial en la década de 1820. Humphry Davy descubrió el uso de platino en la catálisis. En la década de 1880, Wilhelm Ostwald en la Universidad de Leipzig inició una investigación sistemática de las reacciones que eran catalizadas por la presencia de los ácidos y las bases, y encontró que las reacciones químicas ocurren a una velocidad finita y que estas velocidades pueden utilizarse para determinar la fuerza de ácidos y bases. Por este trabajo, Ostwald fue galardonado en 1909 con el Premio Nobel de Química.[20]

Inhibidores, venenos y promotores

Las sustancias que reducen la acción de los catalizadores son llamadas inhibidores catalíticos si son reversibles, y venenos catalíticos si son irreversibles. Los promotores son sustancias que aumentan la actividad catalítica, en particular cuando no son catalizadores en sí mismos.

El inhibidor puede modificar la selectividad además de la velocidad. Por ejemplo, en la reducción del etino a eteno, el catalizador es paladio (Pd), parcialmente "envenenado" con acetato de plomo (II) (Pb(CH3COO)2). Sin la desactivación del catalizador, el etileno producido se reducirá aún más, hasta etano.[1][2]

El inhibidor puede producir este efecto por ejemplo, envenenando selectivamente solo a ciertos tipos de sitios activos. Otro mecanismo es la modificación de la geometría de la superficie. Por ejemplo, en las operaciones de hidrogenación, grandes planchas de superficie metálica funcionan como lugares de catálisis hidrogenolítica mientras que los sitios que catalizan la hidrogenación de los insaturados son menores. Así, un veneno que cubre la superficie al azar tienden a reducir el número de grandes planchas no contaminada, pero dejan proporcionalmente más sitios pequeños libres, así se cambia la hidrogenación frente a la hidrogenolisis selectiva. También son posibles otros muchos mecanismos.[21]

Diagramas de energía

 
Diagrama de energías.

La figura muestra el diagrama de una reacción catalizada, mostrando como varía la energía (E) de las moléculas que participan en la reacción durante el proceso de reacción (tiempo, t). Todas las moléculas contienen una cantidad determinada de energía, que depende del número y del tipo de enlaces presentes en ella. Los sustratos o reactivos (A y B) tienen una energía determinada, y el o los productos (AB en el gráfico), otra.

Si la energía total de los sustratos es mayor que la de los productos (por ejemplo como se muestra en el diagrama), una reacción exotérmica, y el exceso de energía se desprende en forma de calor. Por el contrario, si la energía total de los sustratos es menor que la de los productos, se necesita tomar energía del exterior para que la reacción tenga lugar, lo que se denomina reacción endotérmica.

Cuando las moléculas de los sustratos se van acercando para reaccionar, pierden estabilidad (usando una analogía antropomórfica, a las moléculas "les gusta" mantener su espacio vital, y las intromisiones no son bienvenidas). La inestabilidad se manifiesta como un aumento de la energía del sistema (es el pico de energía que se ve en el diagrama). Cuando los sustratos se convierten en productos, las moléculas se separan y se relajan de nuevo, y el conjunto se estabiliza.

Las enzimas catalizan las reacciones estabilizando el intermedio de la reacción, de manera que el "pico" de energía necesario para pasar de los sustratos a los productos es menor. El resultado final es que hay muchas más moléculas de sustrato que chocan y reaccionan para dar lugar a los productos, y la reacción transcurre en general más deprisa. Un catalizador puede catalizar tanto reacciones endotérmicas como exotérmicas, porque en los dos casos es necesario superar una barrera energética. El catalizador (E) crea un microambiente en el que A y B pueden alcanzar el estado intermedio (A...E...B) más fácilmente, reduciendo la cantidad de energía necesaria (E2). Como resultado, la reacción es más fácil, optimizando la velocidad de dicha reacción.

Los catalizadores no alteran el equilibrio químico propio de la reacción en ningún caso.

Véase también

Referencias

  1. Jencks, W.P. Catalysis in Chemistry and Enzymology. McGraw-Hill, New York, 1969. ISBN 0-07-032305-4.
  2. Bender, Myron L; Makoto Komiyama y Raymond J Bergeron The Bioorganic Chemistry of Enzymatic Catalysis. Wiley-Interscience, Hoboken, U.S., 1984 ISBN 0-471-05991-9.
  3. . United States Environmental Protection Agency. Archivado desde el original el 23 de septiembre de 2006. Consultado el 31 de julio de 2006. 
  4. . University of Minnesota. 2 de marzo de 2005. Archivado desde el original el 5 de abril de 2008. 
  5. Masel, Richard I. Chemical Kinetics and Catalysis Wiley-Interscience, New York, 2001. ISBN 0-471-24197-0.
  6. «Making Water Step by Step», Chemical & Engineering News, 16 de febrero de 2009, p. 10.
  7. Robertson, A.J.B. Catalysis of Gas Reactions by Metals. Logos Press, London, 1970.
  8. Knözinger, Helmut; Karl Kochloefl «Heterogeneous Catalysis and Solid Catalysts» in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi 10.1002/14356007.a05_313. Article Online Posting Date: January 15, 2003.
  9. Behr, Arno «Organometallic Compounds and Homogeneous Catalysis», en Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi 10.1002/14356007.a18_215. Article Online Posting Date: June 15, 2000.
  10. Elschenbroich, C. Organometallics (2006) Wiley-VCH: Weinheim. ISBN 978-3-29390-6.
  11. "Recognizing the Best in Innovation: Breakthrough Catalyst". R&D Magazine, September 2005, pg 20.
  12. Mierczynski, Pawel; Dawid, Bartosz; Maniukiewicz, Waldemar; Mosinska, Magdalena; Zakrzewski, Mateusz; Ciesielski, Radoslaw; Kedziora, Adam; Dubkov, Sergey et al. (1 de agosto de 2018). «Fischer–Tropsch synthesis over various Fe/Al2O3–Cr2O3 catalysts». Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis (en inglés) 124 (2): 545-561. ISSN 1878-5204. doi:10.1007/s11144-018-1372-6. Consultado el 18 de diciembre de 2019. 
  13. da Silva, J. F.; Bragança, L. F. F. P. G.; da Silva, M. I. Pais (1 de agosto de 2018). «Catalytic performance of KL zeolite-supported iron and cobalt catalysts for the Fischer–Tropsch synthesis». Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis (en inglés) 124 (2): 563-574. ISSN 1878-5204. doi:10.1007/s11144-018-1388-y. Consultado el 18 de diciembre de 2019. 
  14. «The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts». Journal of Catalysis (311): 369-385. 
  15. «Surface chemistry of phase-pure M1 MoVTeNb oxide during operation in selective oxidation of propane to acrylic acid». Journal of Catalysis (285): 48-60. 
  16. «Types of catalysis». Chemguide. Consultado el 9 de julio de 2008. 
  17. Nelson, D. L.; Cox, M. M. Lehninger, Principles of Biochemistry 3rd Ed. Worth Publishing: New York, 2000. ISBN 1-57259-153-6.
  18. Laidler, K.J. y J.H. Meiser, Physical Chemistry, Benjamin/Cummings (1982), p.423.
  19. M.W. Roberts (2000). «Birth of the catalytic concept (1800-1900)». Catalysis Letters 67 (1): 1-4. doi:10.1023/A:1016622806065. 
  20. Hielscher. «Sonocatalisis». Consultado el 30 de abril de 2012. 

Enlaces externos

  •   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Catálisis.
  •   Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre catálisis.
  • Page for high school level science
  • W.A. Herrmann Technische Universität presentation [1]
  • Alumite Catalyst, Kameyama-Sakurai Laboratory, Japan
  • Inorganic Chemistry and Catalysis Group, Utrecht University, The Netherlands
  • Centre for Surface Chemistry and Catalysis
  • Carbons & Catalysts Group, University of Concepción, Chile
  • Center for Enabling New Technologies Through Catalysis, An NSF Center for Chemical Innovation, USA
  • «Bubbles turn on chemical catalysts», Science News magazine en línea, 6 de abril de 2009.
  •   Datos: Q82264
  •   Multimedia: Catalysis

catálisis, catalizador, redirige, aquí, para, otras, acepciones, véase, catalizador, desambiguación, catálisis, proceso, cual, aumenta, velocidad, reacción, química, debido, participación, sustancia, llamada, catalizador, aquellas, desactivan, catálisis, denom. Catalizador redirige aqui Para otras acepciones vease Catalizador desambiguacion La catalisis es el proceso por el cual se aumenta la velocidad de una reaccion quimica debido a la participacion de una sustancia llamada catalizador y aquellas que desactivan la catalisis son denominados inhibidores Una caracteristica importante es que la masa de catalizador no se modifica durante la reaccion quimica lo que lo diferencia de un reactivo cuya masa va disminuyendo a lo largo de la reaccion Esquema de la hidrogenacion de un doble enlace C C catalizada por un metal En la sintesis de muchos de los productos quimicos industriales mas importantes existe una catalisis ya que esta puede disminuir el tiempo que requiere El envenenamiento de los catalizadores que generalmente es un proceso no deseado tambien es utilizado en la industria quimica Por ejemplo en la reduccion del etino a eteno el catalizador paladio Pd es envenenado parcialmente con acetato de plomo II Pb CH3COO 2 Sin la desactivacion del catalizador el eteno producido se reduciria posteriormente a etano 1 2 Indice 1 Generalidades 2 Caracteristicas 3 Principios generales de la catalisis 3 1 Mecanismo tipico 3 2 Catalisis y energetica de la reaccion 3 3 Materiales cataliticos tipicos 4 Tipos de catalisis 4 1 Catalizadores enzimaticos 4 2 Catalizadores heterogeneos 4 3 Catalizadores homogeneos 4 4 Electrocatalizadores 4 5 Organocatalisis 4 6 Nanocatalisis 5 Importancia de la catalisis 5 1 Procesamiento de energia 5 2 Productos quimicos a granel 5 3 Quimica fina 5 4 Procesamiento de alimentos 5 5 Biologia 5 6 En el medio ambiente 6 Historia 7 Inhibidores venenos y promotores 8 Diagramas de energia 9 Vease tambien 10 Referencias 11 Enlaces externosGeneralidades EditarLa catalisis interviene en muchos procesos industriales Asi mismo la mayoria de los procesos biologicamente significativos son catalizados La investigacion en catalisis es uno de los principales campos en ciencia aplicada e involucra muchas areas de la quimica especialmente en quimica organometalica y ciencia de materiales La catalisis es importante para muchos aspectos de las ciencias ambientales por ejemplo el convertidor catalitico de los automoviles y la dinamica del agujero de ozono Las reacciones cataliticas son las preferidas en la quimica verde para un medioambiente amigable debido a la reducida cantidad de residuos que genera 3 en lugar de las reacciones estequiometricas en las que se consumen todos los reactivos y se forman mas productos secundarios El catalizador mas comun es el proton H Muchos metales de transicion y los complejos de los metales de transicion se utilizan en la catalisis Los catalizadores llamados enzimas son importantes en Biologia El catalizador funciona proporcionando un camino de reaccion alternativo al producto de reaccion La velocidad de la reaccion aumenta a medida que esta ruta alternativa tiene una menor energia de activacion que la ruta de reaccion no mediada por el catalizador La dismutacion del peroxido de hidrogeno para dar agua y oxigeno es una reaccion que esta fuertemente afectada por los catalizadores 2 H2O2 2 H2O O2Esta reaccion esta favorecida en el sentido de que los productos de reaccion son mas estables que el material de partida sin embargo la reaccion no catalizada es lenta La descomposicion del peroxido de hidrogeno es de hecho tan lenta que las soluciones de peroxido de hidrogeno estan disponibles comercialmente Tras la adicion de una pequena cantidad de dioxido de manganeso el peroxido de hidrogeno reacciona rapidamente de acuerdo a la ecuacion anterior Este efecto se ve facilmente por la efervescencia del oxigeno 4 El dioxido de manganeso puede ser recuperado sin cambios y volver a utilizarse de forma indefinida y por lo tanto no se consume en la reaccion En consecuencia el dioxido de manganeso cataliza esta reaccion 5 Caracteristicas EditarLa caracteristica general de la catalisis es que la reaccion catalitica tiene un menor cambio de energia libre de la etapa limitante hasta el estado de transicion que la reaccion no catalizada correspondiente resultando en una mayor velocidad de reaccion a la misma temperatura Sin embargo el origen mecanico de la catalisis es complejo Los catalizadores pueden afectar favorablemente al entorno de reaccion por ejemplo los catalizadores acidos para las reacciones de los compuestos carbonilicos forman compuestos intermedios especificos que no se producen naturalmente tales como los esteres de Osmio en la dihidroxilacion de alquenos catalizadas por el tetroxido de osmio o hacer la ruptura de los reactivos a formas reactivas como el hidrogeno atomico en la hidrogenacion catalitica Cineticamente las reacciones cataliticas se comportan como las reacciones quimicas tipicas es decir la velocidad de reaccion depende de la frecuencia de contacto de los reactivos en la etapa determinante de velocidad ver ecuacion de Arrhenius Normalmente el catalizador participa en esta etapa lenta y las velocidades estan limitadas por la cantidad de catalizador En catalisis heterogenea la difusion de los reactivos a la superficie de contacto y la difusion de los productos desde dicha superficie puede ser la etapa determinante de la velocidad Eventos similares relacionados con la union del sustrato y la disociacion del producto se aplican en la catalisis homogenea Aunque los catalizadores no son consumidos por la propia reaccion pueden resultar inhibidos desactivados o destruidos por procesos secundarios En la catalisis heterogenea procesos secundarios tipicos incluyen el coqueo donde el catalizador se cubre por productos secundarios polimericos Ademas los catalizadores heterogeneos pueden disolverse en la solucion en un sistema solido liquido o evaporarse en un sistema solido gas Principios generales de la catalisis EditarMecanismo tipico Editar Articulo principal Ciclo catalitico Los catalizadores generalmente reaccionan con uno o mas de los reactivos para formar productos intermedios que posteriormente conducen al producto final de reaccion En el proceso se regenera el catalizador El siguiente esquema es tipico de una reaccion catalitica donde C representa el catalizador X e Y son los reactivos y Z es el producto de la reaccion de X con Y X C XC 1 Y XC XYC 2 XYC CZ 3 CZ C Z 4 Aunque el catalizador es consumido por la reaccion 1 posteriormente es producido por la reaccion 4 por lo que la reaccion global es X Y ZComo el catalizador se regenera en una reaccion a menudo bastan pequenas cantidades del catalizador para incrementar la velocidad de una reaccion Sin embargo en la practica los catalizadores son algunas veces consumidos en procesos secundarios Como ejemplo de este proceso en 2008 investigadores daneses revelaron por primera vez la secuencia de sucesos cuando el oxigeno y el hidrogeno se combinan en la superficie del dioxido de titanio TiO2 o titania para producir agua Con una serie de imagenes de microscopia de efecto tunel a intervalos determinaron que las moleculas sufren adsorcion disociacion y difusion antes de reaccionar Los estados intermedios de reaccion fueron HO2 H2O2 luego H3O2 y el producto final de la reaccion dimeros de la molecula de agua tras lo cual la molecula de agua se desorbe de la superficie del catalizador 6 Catalisis y energetica de la reaccion Editar Diagrama generico de energia potencial mostrando el efecto de un catalizador en una hipotetica reaccion quimica exotermica X Y para producir Z La presencia del catalizador abre un camino de reaccion diferente mostrado en rojo con una energia de activacion menor El resultado final y la termodinamica global son la misma Los catalizadores funcionan proporcionando un mecanismo alternativo que involucra un estado de transicion diferente y una menor energia de activacion Por lo tanto mas colisiones moleculares tienen la energia necesaria para alcanzar el estado de transicion En consecuencia los catalizadores permiten reacciones que de otro modo estarian bloqueadas o ralentizadas por una barrera cinetica El catalizador puede aumentar la velocidad de reaccion o de la selectividad o permitir que la reaccion ocurra a menores temperaturas Este efecto puede ser ilustrado con una distribucion de Boltzmann y un diagrama de perfil de energia Los catalizadores no cambian el rendimiento de una reaccion no tienen efecto en el equilibrio quimico de una reaccion debido a que la velocidad tanto de la reaccion directa como de la inversa se ven afectadas vease tambien termodinamica El hecho de que un catalizador no cambie el equilibrio es una consecuencia de la segunda ley de la termodinamica Supongamos que hay un catalizador que modifica el equilibrio La introduccion del catalizador en el sistema daria lugar a la reaccion para ir de nuevo al equilibrio produciendo energia La produccion de energia es un resultado necesario puesto que las reacciones son espontaneas si y solo si se produce energia libre de Gibbs y si no hay una barrera energetica no hay necesidad de un catalizador En consecuencia la eliminacion del catalizador tambien resultaria en una reaccion produciendo energia esto es tanto la adicion como su proceso inverso la eliminacion producirian energia Asi un catalizador que pudiera cambiar el equilibrio seria un movil perpetuo en contradiccion con las leyes de la termodinamica 7 Si un catalizador cambia el equilibrio entonces debe consumirse a medida que avanza la reaccion y por lo tanto tambien es un reactivo Algunos ejemplos ilustrativos son la hidrolisis de los esteres catalizada por bases donde el acido carboxilico producido reacciona inmediatamente con el catalizador basico y asi el equilibrio de la reaccion se desplaza hacia la hidrolisis La unidad derivada SI para medir la actividad catalitica de un catalizador es el katal que es igual a moles por segundo La actividad de un catalizador puede ser descrita por el numero de conversiones o TON del ingles turn over number y la eficiencia catalitica por la frecuencia de conversiones TOF del ingles turn over frequency El equivalente bioquimico es la unidad de actividad enzimatica Para mas informacion sobre la eficiencia de la catalisis enzimatica ver el articulo de Catalisis enzimatica El catalizador estabiliza el estado de transicion mas que de los que estabiliza el material inicial Disminuye la barrera cinetica al disminuir la diferencia de energia entre el material inicial y el estado de transicion Materiales cataliticos tipicos Editar La naturaleza quimica de los catalizadores es tan diversa como la catalisis misma aunque pueden hacerse algunas generalizaciones Los acidos proticos son probablemente los catalizadores mas ampliamente usados especialmente para muchas reacciones que involucran agua incluyendo la hidrolisis y su inversa Los solidos multifuncionales a menudo suelen ser cataliticamente activos por ejemplo las zeolitas la alumina y ciertas formas de carbono grafitico Los metales de transicion son utilizados a menudo para catalizar reacciones redox oxigenacion hidrogenacion Muchos procesos cataliticos especialmente los que involucran hidrogeno requieren metales del grupo del platino Algunos de los llamados catalizadores son en realidad precatalizadores Los precatalizadores se convierten en el catalizador en el transcurso de la reaccion Por ejemplo el catalizador de Wilkinson RhCl PPh3 3 pierde un ligando trifenilfosfina antes de entrar en el verdadero ciclo catalitico Los precatalizadores son mas faciles de almacenar pero son facilmente activados in situ Debido a esta etapa de preactivacion muchas reacciones cataliticas involucran un periodo de induccion Las especies quimicas que mejoran la actividad catalitica son denominadas co catalizadores o promotores en la catalisis cooperativa Tipos de catalisis EditarLos catalizadores pueden ser homogeneos o heterogeneos dependiendo de si existe un catalizador en la misma fase que el sustrato Los biocatalizadores son vistos a menudo como un grupo separado Catalizadores enzimaticos Editar Son aquellos que realizan procesos mediante enzimas estos son mas empleados en las areas industriales una de ellas es la farmaceutica en la cual un ejemplo es para la produccion de insulina la cual se obtiene al emplear la enzima de la bacteria E coli Catalizadores heterogeneos Editar Articulo principal Catalisis heterogenea Los catalizadores heterogeneos son aquellos que actuan en una fase diferente que los reactivos La mayoria de los catalizadores heterogeneos son solidos que actuan sobre sustratos en una mezcla de reaccion liquida o gaseosa Se conocen diversos mecanismos para las reacciones en superficies dependiendo de como se lleva a cabo la adsorcion Langmuir Hinshelwood Eley Rideal y Mars van Krevelen 8 El area superficial total del solido tiene un efecto importante en la velocidad de reaccion Cuanto menor sea el tamano de particula del catalizador mayor es el area superficial para una masa dada de particulas Por ejemplo en el proceso de Haber el hierro finamente dividido sirve como un catalizador para la sintesis de amoniaco a partir de nitrogeno e hidrogeno Los gases reactantes se adsorben en los sitios activos de las particulas de hierro Una vez adsorbidos los enlaces dentro de las moleculas reaccionantes se resienten y se forman nuevos enlaces entre los fragmentos generados en parte debido a su proximidad De esta manera el particularmente fuerte triple enlace en el nitrogeno se debilita y los atomos de hidrogeno y nitrogeno se combinan mas rapido de lo que lo harian el caso en la fase gaseosa por lo que la velocidad de reaccion aumenta Los catalizadores heterogeneos suelen estar soportados que significa que el catalizador se encuentra disperso en un segundo material que mejora la eficacia o minimiza su costo A veces el soporte es mas que una superficie sobre la que se transmite el catalizador para aumentar el area superficial Mas a menudo el soporte y el catalizador interactuan afectando a la reaccion catalitica Catalizadores homogeneos Editar Articulo principal Catalisis homogenea Normalmente los catalizadores homogeneos estan disueltos en un disolvente con los sustratos Un ejemplo de catalisis homogenea implica la influencia de H en la esterificacion de los esteres por ejemplo acetato de metilo a partir del acido acetico y el metanol 9 Para los quimicos inorganicos la catalisis homogenea es a menudo sinonimo de catalizadores organometalicos 10 Electrocatalizadores Editar Articulo principal Electrocatalizador En el contexto de la electroquimica especificamente en la ingenieria de las pilas de combustible que contienen varios metales los catalizadores se utilizan para mejorar las velocidades de las semirreacciones que conforman la pila de combustible Un tipo comun de electrocatalizador de pila de combustible se basa en nanoparticulas de platino que estan soportadas en particulas un poco mayores de carbon Cuando este electrocatalizador de platino esta en contacto con uno de los electrodos en una pila de combustible aumenta la velocidad de reduccion del oxigeno a agua o hidroxido o peroxido de hidrogeno Organocatalisis Editar Articulo principal Organocatalisis Mientras que los metales de transicion a veces atraen mas la atencion en el estudio de la catalisis las moleculas organicas que no contengan metales tambien pueden poseer propiedades cataliticas Normalmente los catalizadores organicos requieren una mayor carga o cantidad de catalizador por unidad de cantidad de reactivo que los catalizadores basados en metales de transicion pero estos catalizadores suelen estar disponibles comercialmente en grandes cantidades ayudando a reducir los costos A principios de los 2000 los organocatalizadores fueron considerados una nueva generacion y eran competidores de los tradicionales catalizadores que contenian metales Las reacciones enzimaticas operan a traves de los principios de la catalisis organica Nanocatalisis Editar Articulo principal Nanocatalisis El principio de la nanocatalisis se basa en la premisa de que los materiales cataliticos aplicados en la nanoescala tienen mejores propiedades en comparacion con lo que exhiben en una macroescala Vease tambien NanomaterialImportancia de la catalisis EditarSe estima que el 90 de todos los productos quimicos producidos comercialmente involucran catalizadores en alguna etapa del proceso de su fabricacion 11 En 2005 los procesos cataliticos generaron cerca de 900 000 millones de dolares en productos de todo el mundo 12 La catalisis es tan penetrante que las subareas no son facilmente clasificables Algunas areas de particular concentracion Procesamiento de energia Editar El refinado de petroleo hace un uso intensivo de la catalisis para la alquilacion craqueo catalitico rotura de hidrocarburos de cadena larga en trozos mas pequenos reformado de nafta y el reformado con vapor conversion de hidrocarburos en gas de sintesis Incluso los gases de combustion de la quema de combustibles fosiles es tratada a traves de la catalisis convertidores cataliticos normalmente compuestos de platino y rodio rompen algunos de los subproductos mas nocivos de los gases de escape de los automoviles 2 CO 2 NO 2 CO2 N2Con respecto a los combustibles sinteticos un viejo pero importante proceso es el sintesis de Fischer Tropsch 13 14 de hidrocarburos a partir del gas de sintesis que a su vez se procesa a traves de la reaccion de cambio agua gas catalizada por el hierro El Biodiesel y los biocombustibles relacionados requieren un procesamiento tanto a traves de los catalizadores inorganicos como de los biocatalizadores Las pilas de combustible se basan en catalizadores de las reacciones tanto anodicas como catodicas Productos quimicos a granel Editar Algunos de los productos quimicos obtenidos a gran escala se producen a traves de la oxidacion catalitica a menudo usando oxigeno Algunos ejemplos son el acido nitrico a partir de amoniaco el acido sulfurico a partir de dioxido de azufre a trioxido de azufre por el proceso de las camaras de plomo el acido tereftalico a partir de p xileno el acido acrilico a partir de propileno o propano 15 16 y el acrilonitrilo a partir de propano y amoniaco Muchos otros productos quimicos son generados por reduccion a gran escala a menudo a traves de hidrogenacion El ejemplo a mayor escala es el amoniaco que se prepara a traves del proceso de Haber a partir de nitrogeno El Metanol es preparado a partir de monoxido de carbono Los polimeros a granel derivados de etileno y propileno se preparan a menudo a traves de la catalisis Ziegler Natta Los poliesteres las poliamidas y los isocianatos se obtienen a traves de la catalisis acido base La mayoria de los procesos de carbonilacion requieren catalizadores metalicos los ejemplos incluyen la sintesis de acido acetico mediante el proceso Monsanto y la hidroformilacion Quimica fina Editar Muchos productos de quimica fina se preparan a traves de la catalisis los metodos incluyen a los de la industria pesada asi como procesos mas especializados que serian prohibitivamente caros a gran escala Algunos ejemplos son la metatesis de olefinas usando el catalizador de Grubbs la reaccion de Heck y la reaccion de Friedel Crafts Debido a que la mayoria de los compuestos bioactivos son quirales muchos productos farmaceuticos son producidos por catalisis enantioselectiva Procesamiento de alimentos Editar Una de las aplicaciones mas obvias de la catalisis es la hidrogenacion reaccion con el hidrogeno gas de las grasas usando niquel como catalizador para producir la margarina 17 Muchos otros productos alimenticios se preparan a traves de biocatalisis vease mas abajo Biologia Editar Articulo principal Biocatalizador En la naturaleza las enzimas son catalizadores en el metabolismo y el catabolismo La mayoria de biocatalizadores estan basados en proteinas es decir enzimas pero otras clases de biomoleculas tambien exhiben propiedades cataliticas incluyendo las ribozimas y de desoxirribozimas sinteticas 18 Los biocatalizadores se pueden considerar como intermedio entre los catalizadores homogeneos y los heterogeneos aunque estrictamente hablando las enzimas solubles son catalizadores homogeneos y las enzimas enlazadas a membrana son heterogeneas Varios factores afectan la actividad de las enzimas y otros catalizadores incluyendo la temperatura el pH la concentracion de la enzima el sustrato y los productos Un reactivo particularmente importante en las reacciones enzimaticas es el agua que es el producto de muchas de las reacciones en que se forman enlaces y un reactivo en muchos procesos en que se rompen enlaces Las enzimas se emplean para preparar los productos quimicos basicos incluyendo el jarabe de maiz y la acrilamida En el medio ambiente Editar La catalisis tiene un impacto en el medio ambiente mediante el aumento de la eficiencia de los procesos industriales pero la catalisis tambien juega un papel directo en el medio ambiente Un ejemplo notable es el papel catalitico de los radicales libres en la destruccion del ozono Estos radicales se forman por la accion de la radiacion ultravioleta sobre los clorofluorocarburos CFC Cl O3 ClO O2 ClO O Cl O2Historia EditarEn un sentido general cualquier cosa que aumenta la velocidad de un proceso es un catalizador un termino derivado del griego que significa anular desatar o recoger La frase procesos catalizados fue acunada por Jons Jakob Berzelius en 1836 19 para describir las reacciones que son aceleradas por sustancias que permanecen sin cambios despues de la reaccion Otro de los primeros quimicos involucrados en la catalisis fue Alexander Mitscherlich quien se refirio a los procesos de contacto y Johann Wolfgang Dobereiner que hablo de accion de contacto y cuyo encendedor basado en hidrogeno y una esponja de platino se convirtieron en un gran exito comercial en la decada de 1820 Humphry Davy descubrio el uso de platino en la catalisis En la decada de 1880 Wilhelm Ostwald en la Universidad de Leipzig inicio una investigacion sistematica de las reacciones que eran catalizadas por la presencia de los acidos y las bases y encontro que las reacciones quimicas ocurren a una velocidad finita y que estas velocidades pueden utilizarse para determinar la fuerza de acidos y bases Por este trabajo Ostwald fue galardonado en 1909 con el Premio Nobel de Quimica 20 Inhibidores venenos y promotores EditarLas sustancias que reducen la accion de los catalizadores son llamadas inhibidores cataliticos si son reversibles y venenos cataliticos si son irreversibles Los promotores son sustancias que aumentan la actividad catalitica en particular cuando no son catalizadores en si mismos El inhibidor puede modificar la selectividad ademas de la velocidad Por ejemplo en la reduccion del etino a eteno el catalizador es paladio Pd parcialmente envenenado con acetato de plomo II Pb CH3COO 2 Sin la desactivacion del catalizador el etileno producido se reducira aun mas hasta etano 1 2 El inhibidor puede producir este efecto por ejemplo envenenando selectivamente solo a ciertos tipos de sitios activos Otro mecanismo es la modificacion de la geometria de la superficie Por ejemplo en las operaciones de hidrogenacion grandes planchas de superficie metalica funcionan como lugares de catalisis hidrogenolitica mientras que los sitios que catalizan la hidrogenacion de los insaturados son menores Asi un veneno que cubre la superficie al azar tienden a reducir el numero de grandes planchas no contaminada pero dejan proporcionalmente mas sitios pequenos libres asi se cambia la hidrogenacion frente a la hidrogenolisis selectiva Tambien son posibles otros muchos mecanismos 21 Diagramas de energia EditarArticulo principal Teoria del estado de transicion Articulo principal Dinamica quimica Diagrama de energias La figura muestra el diagrama de una reaccion catalizada mostrando como varia la energia E de las moleculas que participan en la reaccion durante el proceso de reaccion tiempo t Todas las moleculas contienen una cantidad determinada de energia que depende del numero y del tipo de enlaces presentes en ella Los sustratos o reactivos A y B tienen una energia determinada y el o los productos AB en el grafico otra Si la energia total de los sustratos es mayor que la de los productos por ejemplo como se muestra en el diagrama una reaccion exotermica y el exceso de energia se desprende en forma de calor Por el contrario si la energia total de los sustratos es menor que la de los productos se necesita tomar energia del exterior para que la reaccion tenga lugar lo que se denomina reaccion endotermica Cuando las moleculas de los sustratos se van acercando para reaccionar pierden estabilidad usando una analogia antropomorfica a las moleculas les gusta mantener su espacio vital y las intromisiones no son bienvenidas La inestabilidad se manifiesta como un aumento de la energia del sistema es el pico de energia que se ve en el diagrama Cuando los sustratos se convierten en productos las moleculas se separan y se relajan de nuevo y el conjunto se estabiliza Las enzimas catalizan las reacciones estabilizando el intermedio de la reaccion de manera que el pico de energia necesario para pasar de los sustratos a los productos es menor El resultado final es que hay muchas mas moleculas de sustrato que chocan y reaccionan para dar lugar a los productos y la reaccion transcurre en general mas deprisa Un catalizador puede catalizar tanto reacciones endotermicas como exotermicas porque en los dos casos es necesario superar una barrera energetica El catalizador E crea un microambiente en el que A y B pueden alcanzar el estado intermedio A E B mas facilmente reduciendo la cantidad de energia necesaria E2 Como resultado la reaccion es mas facil optimizando la velocidad de dicha reaccion Los catalizadores no alteran el equilibrio quimico propio de la reaccion en ningun caso Vease tambien EditarActividad enzimatica Catalizador Lindlar Niquel Raney Reactor quimicoReferencias Editar a b Jencks W P Catalysis in Chemistry and Enzymology McGraw 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Technische Universitat presentation 1 Alumite Catalyst Kameyama Sakurai Laboratory Japan Inorganic Chemistry and Catalysis Group Utrecht University The Netherlands Centre for Surface Chemistry and Catalysis Carbons amp Catalysts Group University of Concepcion Chile Center for Enabling New Technologies Through Catalysis An NSF Center for Chemical Innovation USA Bubbles turn on chemical catalysts Science News magazine en linea 6 de abril de 2009 Esta obra contiene una traduccion derivada de Catalysis de Wikipedia en ingles publicada por sus editores bajo la Licencia de documentacion libre de GNU y la Licencia Creative Commons Atribucion CompartirIgual 3 0 Unported Datos Q82264 Multimedia CatalysisObtenido de https es wikipedia org w index php title Catalisis amp oldid 138179863, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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