Catálisis se define como aumentar el velocidad de una reacción química introduciendo un Catalizador. Un catalizador, a su vez, es una sustancia que no es consumida por el reacción química, pero actúa para reducir su energía de activación. En otras palabras, un catalizador es tanto un reactivo y producto de una reacción química. Por lo general, solo se requiere una cantidad muy pequeña de catalizador para catalizar una reacción.
La unidad SI para la catálisis es el katal. Esta es una unidad derivada que es moles por segundo. Cuando las enzimas catalizan una reacción, la unidad preferida es la unidad de enzima. La efectividad de un catalizador puede expresarse utilizando el número de rotación (TON) o la frecuencia de rotación (TOF), que es TON por unidad de tiempo.
La catálisis es un proceso vital en la industria química. Se estima que el 90% de los productos químicos producidos comercialmente se sintetizan a través de un proceso catalítico.
A veces, el término "catálisis" se usa para referirse a una reacción en la que se consume una sustancia (por ejemplo, hidrólisis de éster catalizada por bases). De acuerdo con la
IUPAC, este es un uso incorrecto del término. En esta situación, la sustancia añadida a la reacción debe llamarse un activador en lugar de un catalizador.Conclusiones clave: ¿Qué es la catálisis?
- La catálisis es el proceso de aumentar la velocidad de una reacción química al agregarle un catalizador.
- El catalizador es tanto un reactivo como un producto en la reacción, por lo que no se consume.
- La catálisis funciona disminuyendo la energía de activación de la reacción, haciéndola más favorable termodinámicamente.
- ¡La catálisis es importante! Alrededor del 90% de los químicos comerciales se preparan usando catalizadores.
Cómo funciona la catálisis
Un catalizador ofrece un estado de transición diferente para una reacción química, con una energía de activación más baja. Las colisiones entre moléculas reactivas tienen más probabilidades de alcanzar la energía requerida para formar productos que sin la presencia del catalizador. En algunos casos, un efecto de la catálisis es reducir la temperatura a la que se procesará una reacción.
La catálisis no cambia el equilibrio químico porque afecta la velocidad de reacción directa e inversa. No cambia la constante de equilibrio. Del mismo modo, el rendimiento teórico de una reacción no se ve afectado.
Ejemplos de catalizadores
Se puede usar una amplia variedad de productos químicos como catalizadores. Para reacciones químicas que involucran agua, como hidrólisis y deshidratación, los ácidos protónicos se usan comúnmente. Los sólidos utilizados como catalizadores incluyen zeolitas, alúmina, carbono grafítico y nanopartículas. Los metales de transición (p. Ej., Níquel) se usan con mayor frecuencia para catalizar reacciones redox. Las reacciones de síntesis orgánica pueden catalizarse usando metales nobles o "metales de transición tardía", como platino, oro, paladio, iridio, rutenio o rodio.
Tipos de catalizadores
Las dos categorías principales de catalizadores son catalizadores heterogéneos y catalizadores homogéneos. Las enzimas o biocatalizadores pueden verse como un grupo separado o como pertenecientes a uno de los dos grupos principales.
Catalizadores heterogéneos son aquellos que existen en una fase diferente de la reacción que se cataliza. Por ejemplo, los catalizadores sólidos que catalizan una reacción en una mezcla de líquidos y / o gases son catalizadores heterogéneos. El área de superficie es crítica para el funcionamiento de este tipo de catalizador.
Catalizadores homogéneos existen en la misma fase que los reactivos en la reacción química. Los catalizadores organometálicos son un tipo de catalizador homogéneo.
Enzimas son catalizadores a base de proteínas. Son un tipo de biocatalizador. Las enzimas solubles son catalizadores homogéneos, mientras que las enzimas unidas a la membrana son catalizadores heterogéneos. La biocatálisis se utiliza para la síntesis comercial de acrilamida y jarabe de maíz con alto contenido de fructosa.
Términos relacionados
Precatalizadores son sustancias que se convierten para convertirse en catalizadores durante una reacción química. Puede haber un período de inducción mientras los precatalizadores se activan para convertirse en catalizadores.
Cocatalizadores y promotores son nombres dados a especies químicas que ayudan a la actividad catalítica. Cuando se usan estas sustancias, el proceso se denomina catálisis cooperativa.
Fuentes
- IUPAC (1997). Compendio de terminología química (2ª ed.) (El "Libro de oro"). doi:10.1351 / libro de oro. C00876
- Knözinger, Helmut y Kochloefl, Karl (2002). "Catálisis heterogénea y catalizadores sólidos" en Enciclopedia de Ullmann de química industrial. Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. y Meiser, J.H. (mil novecientos ochenta y dos). Química Física. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
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