CATALIZADORES

CATALIZADORES QUIMICOS

-QUE SON LOS CATALIZADORES QUIMICOS?

Un catalizador es una sustancia química, simple o compuesta, que modifica la velocidad de una reacción química, interviniendo en ella pero sin llegar a formar parte de los productos resultantes de la misma. Los catalizadores se caracterizan con arreglo a las dos variables principales que los definen: la fase activa y la selectividad. La actividad y la selectividad, e incluso la vida misma del catalizador, depende directamente de la fase activa utilizada, por lo que se distinguen dos grandes subgrupos: los elementos y compuestos con propiedades de conductores electrónicos y los compuestos que carecen de electrones libres y son, por lo tanto, aislantes o dieléctricos. La mayoría de los catalizadores sólidos son los metales o los óxidos, sulfuros y haloideos de elementos metálicos y de semimetálicos como los elementos boro aluminio, y silicio. Los catalizadores gaseosos y líquidos se usan usualmente en su forma pura o en la combinación con solventes o transportadores apropiados; los catalizadores sólidos se dispersan usualmente en otras sustancias conocidas como apoyos de catalizador Un catalizador en disolución con los reactivos, o en la misma fase que ellos, se llaman catalizador homogéneo. El catalizador se combina con uno de los reactivos formando un compuesto intermedio que reacciona con el otro más fácilmente. Sin embargo, el catalizador no influye en el equilibrio de la reacción, porque la descomposición de los productos en los reactivos es acelerada en un grado similar. Un ejemplo de catálisis homogénea es la formación de trióxido de azufre haciendo reaccionar dióxido de azufre con oxígeno, y utilizando óxido nítrico como catalizador. La reacción forma momentáneamente el compuesto intermedio dióxido de nitrógeno, que luego reacciona con el oxígeno formando óxido de azufre. Tanto al principio como al final de la reacción existe la misma cantidad de óxido nítrico.

Un catalizador que está en una fase distinta de los reactivos se denomina catalizador heterogéneo o de contacto. Los catalizadores de contacto son materiales capaces de adsorber moléculas de gases o líquidos en sus superficies Un ejemplo de catalizador heterogéneo es el platino finamente dividido que cataliza la reacción de monóxido de carbono con oxígeno para formar dióxido de carbono. Esta reacción se utiliza en catalizadores acoplados a los automóviles para eliminar el monóxido de carbono de los gases de escape.

Existen ciertas sustancias llamadas promotoras, que no tienen capacidad catalítica en sí, pero aumentan la eficacia de los catalizadores. Por ejemplo, al añadir alúmina a hierro finamente dividido, ésta aumenta la capacidad del hierro para catalizar la obtención de amoníaco a partir de una mezcla de nitrógeno e hidrógeno. Por otra parte, los materiales que reducen la eficacia de un catalizador se denominan venenos. Los compuestos de plomo reducen la capacidad del platino para actuar como catalizador; por tanto, un automóvil equipado con un catalizador para controlar la emisión de gases necesita gasolina sin plomo.

Los catalizadores metálicos más usuales son capaces de producir reacciones reversibles de quimiadsorción, como en el caso del níquel, paladio, platino y plata. Entre los catalizadores a base de óxidos metálicos se distingue entre los óxidos estequiométricos y los óxidos que ganan o pierden oxígeno de su superficie. Las sales metálicas más destacadas por su carácter catalizador son los sulfuros, que se emplean en procesos de eliminación de azufre, y los cloruros, que son catalizadores de los procesos de oxicloración. Los catalizadores llamados «bifuncionales» son los que tanto en el soporte como en la fase soportada actúan de catalizadores en diferentes pasos elementales de la reacción química, siguiendo esquemas catalíticos diferentes. Se emplean fundamentalmente en la reformación de la gasolina.

Es un producto que acelera las reacciones químicas, pero que al final de la reacción, esta presente en la cantidad de masa inicial, es decir, no forma parte de los reactantes.

En ocasiones, la presencia del catalizador es determinante, no solo para aumentar la velocidad de la reacción, sino que determina si esta se lleve a cabo o no, en una velocidad y cantidad practica.

Hay que decir, que el catalizador no aparece en el balance estequiometrico de la reacción, pero si aparece encima de la flecha que indica la dirección de la reacción, con esto se ilustra que el catalizador, al final, queda exactamente en la cantidad y composición inicial, pero que su presencia es indispensable para que la reacción se produzca de una manera practica.

Una de las formas más simples de aumentar la velocidad de una reacción consiste en aumentar la temperatura, pero en algunas ocasiones no es aconsejable o bien porque disminuye el rendimiento de la reacción o bien porque los reactivos se descomponen formando otros productos no deseados. Hay otro proceso alternativo para aumentar la velocidad de la reacción sin alterar la temperatura y consiste en introducir en el medio una sustancia, llamada catalizador, que consiga el mismo efecto. También existen otras sustancias llamadas inhibidores que consiguen el efecto contrario, ralentizar la reacción.

Un catalizador puede definirse como una sustancia capaz de hacer que un sistema químico alcance más rápidamente su estado de equilibrio, sin alterar las propiedades de dicho equilibrio ni consumirse durante el proceso.

-CARACTERISTICAS:

Los catalizadores deben tener las siguientes características:

No debe ser ni reactivo ni producto, por lo tanto no aparecerá en la ecuación global de la reacción química.

Son eficaces incluso si existe en muy pequeñas cantidades en el sistema químico.

Se recupera al final del proceso en el mismo estado en el que se ha introducido, es decir, que podría volver a utilizarse de nuevo.

No altera las variables termodinámicas del proceso, porque el catalizador ni aporta ni consume energía del sistema; no cambia ni ∆H ni ∆G ni ∆S de la reacción.

Un proceso que no sea espontáneo no será favorecido por la presencia de un catalizador.

Acelera por igual la reacción directa e inversa. El catalizador conduce la reacción más rápidamente al estado de equilibrio por ambos sentidos.

En general, los catalizadores son específicos, es decir, aceleran sólo una reacción concreta y no el resto.

-EJEMPLOS DE LOS CATALIZADORES QUIMICOS:

Los catalizadores poseen gran importancia en los procesos industriales. Ahora veremos algunos ejemplos importantes:

Por ejemplo, los derivados de benceno. Se usa AlCl3 como catalizador para la cloración de benceno y FeBr3 para la bromación. También se usan para las reacciones de Friedel-Crafts. De hecho, casi todas las reacciones de aromaticos requieren catalizador, porque los aromaticos son muy estables y no reaccionan todos. Para la nitración y la sulfonación se requiere H2SO4 (sulfúrico).

Al considerar los catalizadores como aceleradores de procesos químicos, se reduce de manera notable el tiempo global del proceso, además que gran cantidad de catalizadores pueden ser rehusados en el mismo proceso o en sistemas alternos a este, sin embargo se debe de considerar que el catalizador tiene un tiempo de vida, que se tienen que tomar en cuenta en el proceso, es importante mencionar que aquellos catalizadores que involucran metales de transición, pudiera ser recuperado y utilizado para otro tipo de proceso.

La gasolina de alto grado se consigue mediante un proceso conocido como hidrofinado, es decir, la hidrogenación de petróleo refinado a alta presión y con un catalizador, como por ejemplo el óxido de molibdeno. El hidrofinado no sólo convierte el petróleo de bajo valor en gasolina de mayor valor, sino que al mismo tiempo purifica químicamente el producto eliminando elementos no deseados, como el azufre. El gasógeno, el carbón y el alquitrán de hulla pueden también hidrogenarse para producir gasolina.

La gasolina sin plomo aparece a principios de la década de 1970 como resultado del aumento de la concienciación pública acerca de la contaminación atmosférica. Desde 1975 todos los automóviles nuevos fabricados en Estados Unidos cuentan con catalizadores que reducen las emisiones contaminantes. Dado que el plomo estropea el catalizador, se empezó a producir gasolina sin plomo. Los países más desarrollados han seguido también esta tendencia, sobre todo gravando con impuestos adicionales el uso del combustible con plomo.

Un dispositivo incorporado a los sistemas de escape del automóvil para reducir la cantidad de sustancias contaminantes en cualquier gas de escape. El catalizador contiene pequeñas bolitas recubiertas de metal (paladio o platino). Cuando los gases de escape pasan por el catalizador, estos metales actúan como sustancias catalizadoras que favorecen reacciones químicas y transforman el monóxido de carbono y determinados hidrocarburos, en algo más inocuo, como el dióxido de carbono o el agua Los coches provistos de catalizador deben utilizar gasolina sin plomo, de lo contrario las bolitas se recubren de plomo y dejan de actuar correctamente.

El craqueo ha llegado a ser

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