EFECTIVIDAD DE UN CATALIZADOR: El me meca cani nism smo o de ca catá táli lisi siss debe deberí ría a ser ser tal tal !"e !"e la ener ener#í #ía a de ac acti ti$a $aci ci%n %n dism dismin in"& "&a a en 'res 'resen enci cia a del del ma mate teri rial al ca cata talí líti tico co(( En otra otrass 'ala 'alabr bras as "n catali)ador es e*ecti$o al a"mentar la $elocidad de la reacci%n debido a !"e +ace 'osible "n mecanismo alterno cada 'aso del c"al tiene menor ener#ía libre de acti$aci%n !"e la del 'roceso no catali)ado( FOR,ACI-N DE UN CO,.LE/O ENTRE REACTANTE 0 CATALIZADOR: La combinaci%n o *ormaci%n de "n com'le1o entre el reactante & el catali)ador es "na de las bases más com2nmente ace'tadas 'ara e3'licar la catálisis( .or e1em'lo s"'%n#ase !"e la reacci%n total
Esta catali)ada 'or medio de dos centros acti$os o '"ntos catalíticos 4 5 & 46 !"e *orman com'le1os con A & B. La reacci%n res"lta $erdaderamente catalítica c"ando la sec"encia de eta'as es tal !"e los centros 4 5 & 46 se re#eneran des'"7s de +aber ca"sado la *ormaci%n *ormaci%n de C( En "na *orma #eneral el 'roceso '"ede escribirse como:
N%tese !"e mientras !"e 4I & 4 se combinan & re#eneran $arias $eces no se '"ede decir 'or ello !"e s" ca'acidad catalítica &8o s" n2mero 'ermanecen siem're constantes( En la sec"encia no catalítica no se 'resenta "na re#eneraci%n de 4( .or tanto a"n!"e los catali)adores '"eden deteriorarse s" $ida acti$a es m"c+o ma&or !"e el tiem'o de reacci%n re!"erido( Una cantidad de catali)ador relati$amente 'e!"e9a '"ede ca"sar la con$ersi%n de "na #ran cantidad de reactante( in embar embar#o #o la idea idea de !"e !"e "na "na 'e!"en 'e!"ena a cantid cantidad ad de catal catali)a i)ador dor '"ede '"ede ca"s ca "sar ar "n alto alto #rad #rado o de rea eacc cci% i%n n no si#n si#ni; i;ca ca !"e !"e la conc concen entr trac aci% i%n n de catali)ador no sea im'ortante( De +ec+o c"ando la reacci%n no in$ol"cra "n
mecanismo de cadena s" $elocidad s"ele ser 'ro'orcional a la concentraci%n de catali)ador( A"n!"e no siem're e3iste "na 'ro'orcionalidad sim'le en las reacciones con catali)adores s%lidos en las catálisis +omo#7neas 'or lo #eneral 're$alece "na 'ro'orcionalidad directa entre la $elocidad & la concentraci%n del catali)ador( La 'resencia de "n catali)ador no cambia la 'osici%n del e!"ilibrio en "na reacci%n re$ersible( CARACTERITICA DE UN CATALIZADOR: Una de las características im'ortantes de "n catali)ador es s" e*ecto sobre la selecti$idad c"ando '"eden $eri;carse $arias reacciones Las características #enerales de los catali)adores '"eden res"mirse como si#"e: 5 ( Un catali)ador acelera la reacci%n al 'ro'orcionar otros 'osibles mecanismos 'ara la *ormaci%n de 'rod"c*os siendo la ener#ía de acti$aci%n de cada eta'a catalítica in*erior a la de la reacci%n +omo#7nea
( e re!"ieren cantidades de centros catalíticos com'arati$amente 'e!"e9as 'ara *ormar #randes cantidades del 'rod"cto( ?( La con$ersi%n de e!"ilibrio no es alterada 'or la catálisis( C"al!"ier catali)ador !"e acelere la reacci%n directa en "n sistema en e!"ilibrio tambi7n catali)a la reacci%n in$ersa( @( El catali)ador '"ede a*ectar radicalmente a la selecti$idad(
CATALIZADORE NEATIVO: Una catálisis ne#ati$a es a!"ella donde la $elocidad dismin"&e en $irt"d del catali)adorB donde la teoría más ra)onable a'ara la catálisis ne#ati$a se +a desarrollado 'ara las reacciones en cadena( En estos casos el catali)ador rom'e las cadenas de la reacci%n o las eta'as de sec"encia en el mecanismo del 'roceso( Los +al%#enos en es'ecial el &odo act2an como catali)adores ne#ati$(s en ciertas reacciones #aseosas +omo#7neas( En la combinaci%n del +idr%#eno &
del o3í#eno donde se cree !"e se 'resenta "n mecanismo en cadena el &odo 'osiblemente act2a destr"&endo los radicales necesarios 'ara la 'ro'a#aci%n de las cadenas( REACCIONE AUTOCATALITICA: E3isten reacciones en las !"e la $elocidad a"menta con la concentraci%n del producto. A estas reacciones se les llama a"tocatalíticas( Los e1em'los más com"nes son los 'rocesos de *ermentaci%n catali)ados 'or microor#anismos como le$ad"ras bacterias & al#as( Los 'rocesos son com'le1os 'ero '"eden describirse en *orma a'ro3imada como "na reacci%n entre "na alimentaci%n or#ánica & "n microor#anismo 'ara obtener 'rod"ctos & más microor#anismos( .or e1em'lo la *ermentaci%n del a)2car: Alimentaci%n or#ánica microor#anismo G 'rod"ctos inertes más le$ad"ra
En 2ltima instancia el a#otamiento del a)2car ca"sará !"e la $elocidad lle#"e a "n má3imo & dismin"&a tendiendo a cero( El microor#anismo no act2a como "n catali)ador $erdadero '"es es "n reactante 'ero s" 'resencia incrementa la $elocidad( .RO.IEDADE DE UN CATALIZADOR EN FAE OLIDA: 5= AREA INTERFACIAL: Es el área de contacto !"e +a& del catali)ador con los reacti$os mientras más cerca est7n los reacti$os del catali)ador se dará me1or la reacci%nB mientras más le1anos est7n menos se dará la reacci%n( .ara !"e "n s%lido '"eda act"ar como catali)ador al menos "no de los reactantes debe interaccionar con s" s"'er;cie & ;1arse sobre ella
6= ETRUCTURA .OROA: Es c"ando el s%lido contiene m"c+os 'oros ;nos & la s"'er;cie de esos 'oros 'ro'orciona el área !"e se necesita 'ara tener "na $elocidad de reacci%n ele$ada( Una reacci%n catalítica oc"rre en la inter*ase J"ido K s%lido "n área de inter*ase e3tensa '"ede ser 2til o incl"so indis'ensable 'ara alcan)ar "na $elocidad de reacci%n si#ni;cati$a( En el caso de m"c+os catali)adores esta área se debe a "na estr"ct"ra 'orosaB el s%lido contiene m"c+os 'oros ;nos & la s"'er;cie de esos 'oros 'ro'orciona el área !"e se necesita 'ara tener "na $elocidad de reacci%n ele$ada( Un catali)ador !"e tiene "n área e3tensa #racias a s"s 'oros se denomina catali)ador 'oroso( Como e1em'lo 'odemos citar el .latino sobre al2mina !"e se "sa en la re*ormaci%n de na*tas de 'etr%leo 'ara obtener octana1es más altos( 0 el +ierro 'romo$ido !"e se em'lea en la síntesis de amoniaco( A $eces los 'oros son tan 'e!"e9os !"e de1an entrara mol7c"las 'e!"e9as 'ero blo!"ean el 'aso de las #randes( Los materiales con este ti'o de 'oros se llaman mallas molec"lares & se '"eden deri$ar de s"stancias nat"rales como ciertas arcillas & )eolitas o ser totalmente sint7ticas como al#"nos al"minosilicatos cristalinos( Blanco, Jesús., Linarte, Ricardo. Catálisis Fundamentos y aplicaciones industriales. Editorial Trillas, México !"#. $á%inas 3!'&#. Bro(n, T)eodore L., Cols. *u+mica, la ciencia central. Editorial $ER-/ E01CC2/, México 344!. $á%inas #46'#4#.
>= CATALIZADORE ,ONOLITITICO
Blanco, Jesús., Linarte, Ricardo. Catálisis Fundamentos y aplicaciones industriales. Editorial Trillas, México !"#. $á%inas 3!'&#. Bro(n, T)eodore L., Cols. *u+mica, la ciencia central. Editorial $ER-/ E01CC2/, México 344!. $á%inas #46'#4#.
?= CATALIZADORE O.ORTADO 0 NO O.ORTADO: Estos son 'e!"e9as 'artíc"las de "n material acti$o dis'erso en "na s"stancia menos acti$a llamada so'orte( El material acti$o s"ele ser "n metal '"ro o "na aleaci%n( Los catali)adores so'ortados se distin#"en de los no so'ortados 'or!"e s"s in#redientes acti$os son cantidades im'ortantes de otras s"stancias llamadas 'romotores(
E1em'los de no so'ortados: la malla de 'latino 'ara la o3idaci%n de amoniaco el +ierro 'romo$ido 'ara la síntesis de amoniaco & el catali)ador de síliceGal2mina 'ara des+idro#enaci%n !"e se "sa en la 'rod"cci%n de b"tadieno( Venta1as de "tili)ar "n so'orte: a= Fácil reciclamiento del catali)ador b= Incremento de la selecti$idad de la reacci%n debido a !"e al estar so'ortado +abrá "n sitio reacti$o & otro im'edido 'or el mismo so'orte( c= Fácil se'araci%n del catali)ador de los reacti$os & los 'rod"ctos( d= electi$idad menor obtenci%n de 'rod"ctos no deseados e= ,enor contaminaci%n del 'rod"cto 'or el catali)ador *= Ada'tabilidad a "n 'roceso contin2o(
@= .RO,OTORE: Los 'romotores son a!"ellas s"stancias !"e me1oran la acti$idad de los catali)adores sin 'resentar 'or sí mismo "na im'ortante acti$idad catalítica o sin inter$enir directamente en las reacciones( E1em'los de estas s"stancias son los %3idos de cerio ní!"el +ierro e itrio( El 'romotor se a#re#a al catali)ador catali)ador con el ob1eto de me1orar s"s 'ro'iedades catalíticas( Dic+as s"stancias son 'oco acti$as o los son 'ero adicionadas a "n a#ente acti$o a"mentan si#ni;cati$amente s" acti$idad selecti$idad o resistencia a la desacti$aci%n( Los 'romotores se '"eden clasi;car como 'romotores *ísicos o !"ímicos( .romotores *ísicos: son los aditi$os !"e se "tili)an 'ara mantener la inte#ridad *ísica del so'orte &8o del a#ente catalítico de'ositado(
.romotores !"ímicos: C"ando el aditi$o a"menta la acti$idad intrínseca del a#ente catalítico .romotores !"ímicos ne#ati$os: son in+ibidores de reacciones !"ímicas laterales no deseadas( Los 'romotores se '"eden a#re#ar d"rante la 're'araci%n del catali)ador o d"rante la reacci%n(
Blanco, Jesús., Linarte, Ricardo. Catálisis Fundamentos y aplicaciones industriales. Editorial Trillas, México !"#. $á%inas 3!'&#. Bro(n, T)eodore L., Cols. *u+mica, la ciencia central. Editorial $ER-/ E01CC2/, México 344!. $á%inas #46'#4#.
.ara el ensa&o Introd"ccion: Estos catali)adores +an encontrado en las 2ltimas d7cadas "n cam'o de a'licaci%n de #ran im'ortancia en 'rocesos & tecnolo#ías relacionadas con el medioambiente bien sea 'ara me1orar los sistemas de 'rod"cci%n &a e3istentes red"ciendo la 'rod"cci%n de es'ecies contaminantes o 'ara e$itar la contaminaci%n en los eJ"entes de instalaciones o 'rocesos antes de !"e estos sean emitidos de;niti$amente( El em'leo de catali)adores 'ermite red"cir las condiciones de o'eraci%n dismin"&endo costes & tiem'os de o'eraci%n al tiem'o !"e a"mentan la $elocidad de reacci%n( El "so de catali)adores adec"ados consi#"e el a"mento del #rado de con$ersi%n & de la minerali)aci%n de la corriente alimentada *acilitando el tratamiento 'osterior de la misma( C"er'o: Las a'licaciones de la catálisis al medio ambiente se '"eden di$idir en dos blo!"es atendiendo a la *ase en la !"e se enc"entra dis"elto el contaminante: aseosa
Los 'rocesos !"ímicos !"e se 'rod"cen en 'resencia de sales de +ierro son los Fenton & Foto *enton los c"ales son 'rocesos catalíticos(
El 'roceso Fenton consiste en la adici%n de sales de Fe 6 en medio ácido 'ara 'romo$er la descom'osici%n catalítica del 6O6 en radicales KO( A ' > este 'roceso es a"tocatalítico & se $e *a$orecida la *ormaci%n de radicales GO( A"n!"e la $elocidad inicial de reacci%n de'ende de la concentraci%n de Fe6 el #rado de minerali)aci%n del 'roceso se $e a*ectado 'or otros *actores como la Tem'erat"ra ' concentraci%n de Fe & de 6O6 red"cci%n de Fe> a Fe6 nat"rale)a del com'"esto or#ánico etc( El 'roceso conocido como Foto Fenton consiste en a'licar l") UV al 'roceso de o3idaci%n mediante reacti$o de Fenton lo !"e im'lica !"e d"rante el transc"rso de la reacci%n los iones Fe > se red"cen a Fe6 'or acci%n de la l") lo !"e +ace !"e me1ore el rendimiento de o3idaci%n con res'ecto al 'roceso Fenton( Procesos de oxidación avanzada que utilizan oxigeno como agente oxidante:
e denomina Oxidación Húmeda (WAO) a a!"ellos 'rocesos de o3idaci%n de materia or#ánica !"e tienen l"#ar en 'resencia de a#"a lí!"ida & en condiciones de tem'erat"ra & 'resi%n 'or deba1o de las críticas del a#"a @ MC & . entre @ & 6 atm=( La O3idaci%n "'ercrítica <CO= en cambio se 'rod"ce en condiciones 'or encima de las criticas H? MC & . 665 atm=(
o'ortes en los catali)adores: Los so'ortes más em'leados en los 'rocesos de o3idaci%n mediante catálisis +etero#7nea son al2mina = el %3ido de cerio
Las 'lantas t7rmicas de #eneraci%n de ener#ía & las 'lantas de 'rod"cci%n de ácido nítrico constit"&en las 'rinci'ales *"entes estacionarias de emisi%n de
%3idos de nitr%#eno( Los %3idos de nitr%#eno !"e se *orman d"rante la comb"sti%n en las 'lantas de #eneraci%n de ener#ía son 'rinci'almente NO & NO6 constit"&endo el 'rimero más del PQ del total de NO3( El NO de los #ases de comb"sti%n de las centrales t7rmicas se #enera 'rinci'almente como consec"encia de la o3idaci%n del nitr%#eno molec"lar s"ministrado con el aire de comb"sti%n a tra$7s de "n mecanismo descrito 'or Zeldo$ic+ 'ara la *ormaci%n de NO t7rmico( La red"cci%n catalítica selecti$a re'resenta en la act"alidad el m7todo de ma&or desarrollo ind"strial 'ara la eliminaci%n de NO3 en centrales t7rmicas & en 'lantas de 'rod"cci%n de ácido nítrico( Esta tecnolo#ía se a'lica tambi7n act"almente en la incineraci%n de resid"os & en t"rbinas de #as( En el 'roceso se 'rod"ce la red"cci%n selecti$a de NO3 en 'resencia de "n catali)ador +etero#7neo obteni7ndose nitr%#eno molec"lar & a#"a como 'rod"ctos de reacci%n( El amoniaco 'resenta "na ele$ada acti$idad como red"ctor & o'"estamente a lo !"e oc"rre con otros a#entes red"ctores como CO 6 & C? la 'resencia de o3í#eno a"menta la $elocidad de la reacci%n( Sistemas cataliticos en las uentes móviles: motores de gasolina
Las condiciones en las !"e deben o'erar los sistemas catalíticos de control de emisiones en estos $e+íc"los serán m"& di*erentes de'endiendo de !"e el motor est7 en '"nto m"erto a media car#a o a 'lena car#a( Así la tem'erat"ra de los #ases de entrada al catali)ador '"ede $ariar entre 6@ & P MC la $elocidad es'acial entre @H & 56@ +G5 & el tiem'o de residencia entre > & s( Los con$ertidores catalíticos 'or tanto "tili)an 'ara so'ortar la *ase acti$a materiales cerámicos #eneralmente cordierita con "na ele$ada resistencia mecánica & t7rmica en *orma de monolitos 'ara e$itar la '7rdida de car#a( e +an desarrollado di*erentes tecnolo#ías catalíticas 'ara el control de los 'rinci'ales contaminantes atmos*7ricos de los #ases de comb"sti%n de los motores de #asolina
La tecnolo#ía !"e más se "tili)a 'ara el control de las emisiones #aseosas de los $e+íc"los de #asolina es el con$ertidor catalítico de tres $ías !"e 'ermite eliminar sim"ltáneamente los tres contaminantes #aseosos
