Catalizadores: Definición, tipos y funciones

Catalizador: definición

¿Qué es un catalizador? Un catalizador es un término utilizado en química para describir sustancias que pueden acelerar una reacción, sin agotarse en el proceso. La definición de catalizador también establece que pueden cambiar las condiciones requeridas para una reacción a procesos, como la temperatura o presión requerida.

El origen etimológico de este término se encuentra en la lengua griega, donde la palabra katalyien significa disolver. El término «catálisis» (el proceso de acelerar una reacción) se derivó de esta palabra, y la palabra catalizador se usó para referirse a las sustancias involucradas en este proceso de catálisis.

¿Cuál es el propósito de un catalizador?

Como se mencionó anteriormente, la función de los catalizadores es acelerar la velocidad de una reacción sin consumirse en el proceso. Por lo tanto, no se clasifica ni como reactivo ni como producto de la reacción. El proceso específico mediante el cual los catalizadores aceleran una reacción es reduciendo la energía de activación de la reacción, que es el estado de energía necesario para iniciar la reacción.

El proceso general implica:

• Los enlaces presentes en los reactivos se rompen y las moléculas resultantes se unen al catalizador. Estos vínculos son temporales y bastante débiles.
• Debido a que estos enlaces son débiles, las moléculas de un reactivo se unen a las moléculas del otro reactivo cuando chocan, mientras están unidas a la superficie del catalizador. Esto forma el producto de reacción, que tiene enlaces más fuertes y permanentes. En este proceso, se separan del catalizador y el catalizador vuelve a su estado original, sin consumirse ni modificarse por la reacción.

Si bien el catalizador cambia durante la reacción, este cambio es temporal, por lo que no hay un cambio neto en el catalizador al final de la reacción. Esto es lo que permite las características definitorias de los catalizadores: es decir, pueden participar en una reacción sin consumirse.

Ejemplos de catalizadores

Un ejemplo muy común de catalizadores que son importantes en nuestra vida cotidiana son las enzimas que se encuentran en nuestro cuerpo (así como en otros organismos vivos). Estas enzimas son catalizadores biológicos que aceleran las reacciones bioquímicas dentro del cuerpo. Realizan catálisis mediante un modelo de cerradura y llave, en el que los reactivos (llamados sustratos) encajan perfectamente en la forma de la enzima. Un ejemplo de enzima es la pepsina, que es secretada por el estómago y cataliza la descomposición de las proteínas que se consumen como parte de la digestión.

Otro ejemplo de reacción catalítica bien conocido involucra el metal platino presente en los convertidores catalíticos de los automóviles. Este platino cataliza la conversión del gas tóxico, el monóxido de carbono, en dióxido de carbono. Esto ayuda a que los gases de escape del coche sean menos peligrosos para los humanos.

Tipos de catalizadores

Hay dos tipos principales de catalizadores: catalizadores homogéneos y catalizadores heterogéneos. Estas clasificaciones dependen de si el catalizador forma una mezcla homogénea (o uniforme) con los reactivos, o una mezcla heterogénea (en la que los componentes individuales pueden distinguirse fácilmente). Si la mezcla es homogénea, se dice que el catalizador pertenece al mismo fase que los reactivos. Echemos un vistazo más de cerca a estos tipos de catalizadores, junto con algunos ejemplos de catalizadores de cada tipo.

Catalizadores homogéneos

Los catalizadores homogéneos son catalizadores que ocupan la misma fase que los reactivos con los que interactúan. Esto podría significar que el catalizador tiene el mismo estado de la materia (sólido, líquido o gaseoso) que los reactivos y está bien mezclado, o que puede disolverse en una solución con los reactivos.

Un ejemplo bien conocido de catalizador homogéneo son los clorofluorocarbonos (CFC). Los CFC son gases que pueden catalizar la descomposición del gas ozono (O3) en gas oxígeno (O2) en la atmósfera. Debido a que los CFC ocupan la misma fase que el ozono, se consideran homogéneos. Esta reacción de catálisis es de gran relevancia porque el gas ozono juega un papel importante en proteger la Tierra de la dañina radiación ultravioleta y, al descomponer el gas ozono, los CFC (que alguna vez se usaron comúnmente en aerosoles y refrigeradores) pueden causar daños permanentes al ozono protector. capa.

Catalizadores heterogéneos

A diferencia de los catalizadores homogéneos, los catalizadores heterogéneos ocupan una fase diferente a la de los reactivos con los que interactúan, por lo que interactúan con los reactivos de manera opuesta, no uniforme. Esto podría implicar un catalizador en un estado de la materia diferente al de los reactivos (como un catalizador sólido, para reactivos líquidos), o un catalizador que no se disuelva en los reactivos. Debido a que no se mezclan completamente con los reactivos, también se les llama catalizadores de superficie.

Un catalizador heterogéneo importante es el níquel metálico, que a menudo se utiliza como catalizador para la hidrogenación de dobles enlaces carbono-carbono (como en la producción de grasas hidrogenadas). Por ejemplo, se utiliza un catalizador de níquel para acelerar la reacción entre aceite vegetal e hidrógeno, para producir margarina (una grasa hidrogenada).

Catalizador: ejemplos

Si bien ya hemos analizado algunos ejemplos de reacciones con catalizadores, existen muchas aplicaciones más importantes de los catalizadores en una amplia variedad de procesos biológicos, comerciales e industriales. Algunos ejemplos más de catalizadores incluyen:

• Hierro: utilizado como catalizador para la síntesis de amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno, mediante el proceso Haber.
• Zeolitas: comúnmente utilizadas como catalizadores para reacciones orgánicas como el craqueo del petróleo y la síntesis de hidrocarburos.
• Pentóxido de vanadio (V2O5): importante catalizador utilizado en la producción de ácido sulfúrico, mediante el proceso de contacto.

Resumen de la lección

Un catalizador es una sustancia que puede acelerar una reacción, sin consumirse en el proceso. El término proviene de la palabra griega katalyien, que significa disolver. Los catalizadores funcionan reduciendo la energía de activación (es decir, el estado energético necesario para iniciar una reacción) formando enlaces débiles y temporales con las moléculas reactivas. Sin embargo, al final de la reacción, estos enlaces se pierden y el catalizador vuelve a su estado original, razón por la cual no se produce ningún cambio neto en el catalizador. Muchos ejemplos bien conocidos de catalizadores son las enzimas, que son catalizadores biológicos que se encuentran en los organismos vivos.

Dependiendo de la fase que ocupe el catalizador al mezclarse con los reactivos, se puede clasificar en uno de dos tipos. Los dos tipos son –

• Catalizadores homogéneos: catalizadores que ocupan la misma fase que los reactivos. Por ejemplo, clorofluorocarbonos que catalizan la descomposición del gas ozono.
• Catalizadores heterogéneos: catalizadores que ocupan una fase diferente a la de los reactivos con los que interactúan. Ej. El metal níquel, en la hidrogenación de aceites vegetales en margarina.

Existen muchos catalizadores que tienen importantes aplicaciones biológicas, comerciales e industriales. Algunos ejemplos adicionales de catalizadores y las reacciones en las que participan incluyen:

• Hierro: la fabricación de amoníaco mediante el proceso Haber.
• Zeolitas: reacciones orgánicas como el craqueo del petróleo y la síntesis de hidrocarburos.
• Pentóxido de vanadio (V2O5): producción de ácido sulfúrico mediante el proceso de contacto.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador