. Catalizadores soportados y no soportados
Catalizadores Soportados y No Soportados.- Estos son pequeñas partículas de un material activo disperso en una sustancia menos activa llamada soporte. El material activo suele ser un metal puro o una aleación.
Los catalizadores soportados se distinguen de los no soportados porque sus ingredientes activos son cantidades importantes de otras sustancias llamadas promotores.
Ejemplos de soportados: los catalizadores de los mofles o convertidores catalíticos de automóvil mencionados antes, el catalizador de platino sobre alumina que se usa para la reformación del petróleo y el pentoxido de vanadio en sílice que se usa para oxidar el dióxido de azufre en la fabricación de ácido sulfúrico.
Ejemplos de no soportados: la malla de platino para la oxidación de amoniaco, el hierro promovido para la síntesis de amoniaco y el catalizador de sílice-alúmina para deshidrogenación que se usa en la producción de butadieno.
La definición de soporte es muy amplia e incluye a materiales granulares, polvos, coloides, pellets, pellets, esféricos, cables, panales, tierras diatomáceas. El soporte inorgánico puede ser definido como óxidos refractarios o metales, los cuales funden por encima de 1000°C (temperatura arbitrariamente elegida). Por su parte, el soporte orgánico está definido en general como una resina o un plástico que normalmente tiene propiedades de intercambio de iones y no contiene metales.
Ventajas de utilizar un soporte
Algunas de las ventajas que presenta un metal al ser inmovilizado en un soporte son las siguientes (Leadbeater y Marco, 2002): a) Fácil reciclamiento del catalizador
b) Incremento de la selectividad de la reacción, debido a que al estar soportado habrá un sitio reactivo y otro impedido por el mismo soporte. c) Fácil separación del catalizador de los reactivos y los productos. d) Selectividad, menor obtención de productos no deseados e) Menor contaminación del producto por el catalizador f) Adaptabilidad a un proceso continúo
Catalizadores orgánicos soportados
La expresión "catalizador orgánico" ha sido recientemente introducida para definir un compuesto orgánico (de relativo bajo peso molecular y estructura simple) capaz de promover una transformación en cantidades estequiometrias. En este contexto la palabra orgánico significa libre de metal y será usada para diferenciar esta clase de catalizadores de las especies catalíticas en las que se involucra un metal. Implícitamente, el término orgánico enfatiza las ventajas de llevar a cabo una reacción catalítica bajo condiciones libres de metal. Estas ventajas pueden incluir la posibilidad de (i) trabajar con disolventes y con una atmósfera aerobia; (ii) lidiar con un catalizador estable y robusto, y (iii) evitar desde el principio el problema de la porosidad del metal (posiblemente tóxico). Los catalizadores orgánicos se pueden ver como versiones minimalistas de enzimas, de las cuales son conceptualmente derivados y contra las que a menudo son comparados (Breslow, 1982), siempre y cuando en algunos casos éstos demuestren la selectividad remarcable y peculiar de las enzimas. Los catalizadores orgánicos son más estables, menos caros y disfrutan de una mayor gama de aplicación dentro de una variedad de condiciones insostenibles para las enzimas. Los catalizadores orgánicos son más sensibles al anclado en un soporte, que los basados en metales y que los biocatalizadores, facilitando la recuperación y reciclaje del catalizador. En lo que concierne a enzimas soportadas (Buckerstaff, 1997; Pedersen y Christensen, 2002), se puede esperar que la conexión a un soporte debe tener profundo impacto en la compleja estructura de la enzima (y, por lo tanto, en sus propiedades) comparada con el derivado orgánico más sencillo. Además, la introducción de varias unidades de un catalizador en un soporte
polivalente (ejemplo, un polímero con varios sitios reactivos) parece ser más factible en el caso de moléculas pequeñas que en el de un biocatalizador grande. Por otro lado, se ha demostrado que la inmovilización de un catalizador basado en un metal soportado (generalmente anclado por un ligante orgánico seguido de la adición de metal) es afectada por la extensiva porosidad del metal y requiere de vez en cuando la regeneración del catalizador por reemplazamiento del metal antes de ser reciclado. El desarrollo de la catálisis orgánica soportada en un polímero ha sido ampliamente estudiado desde el análisis de la catálisis misma (Maneche y Storck, 1978), debido a los beneficios de la recuperación y reciclaje de catalizadores que se han convertido, evidentemente, en los primeros temas de estudio en los investigadores en este campo. Esta tendencia ha crecido en años recientes, y ha ocasionado gran interés en los químicos sintéticos que ahora utilizan métodos basados en catalizadores y reactivos soportados
PROMOTORES El promotor es aquella substancia que incorporada a la fase activa o al soporte en pequeñas proporciones, permite mejorar las características de un catalizador en cualquiera de sus funciones de actividad, selectividad o estabilidad. Se conocen dos tipos de promotores: texturales los que contribuyen a dar mayor estabilidad a la fase activa, y electrónicos, los que aumentan la actividad. Los casos más conocidos como promotores son el potasio (electrónico) y la alúmina (textural) en el catalizador de hierro para la síntesis del amoniaco.
a)
b)
Figura 15. Aspecto físico de soportes para catalizadores. (a) y (b). Los sólidos catalíticos poseen en general fuertes campos interatómicos del tipo iónico o metálico. En general compuestos orgánicos covalentes son no catalíticos. Un requerimiento fundamental es que la estructura catalítica sea estable bajo las condiciones de reacción, por ejemplo el metal debe permanecer en estado metálico y no formar un compuesto (inactivo) con la molécula reaccionante. Los metales que catalizan las reacciones de hidrogenación usualmente quimisorben el hidrógeno no muy fuerte y lo disocian homolíticamente. Son esencialmente metales del grupo VIII (Fe, Co, Ni, Pt, Pd, Rh, etc.) y el cobre en el grupo IV. También algunos metales catalizan oxidaciones porque quimisorben oxígeno, pero la mayoría de los metales en general no pueden ser usados como tal ya que se oxidan. Sin embargo en forma de óxido muchos metales sí son buenos catalizadores de oxidación (FeO, NiO, CuO, Cr2O3, etc). El oxígeno es más fuertemente adsorbido por los metales que el hidrógeno, de manera que se forman compuestos estables. Además los enlaces metal-oxígeno requieren energías más elevadas que los enlaces metal-hidrógeno para ser rearreglados y por lo tanto temperatura más elevadas. Los catalizadores óxidos pueden ser clasificados en dos tipos: por estructura o por su enlace con el oxígeno. Aquellos que son de estructura iónica en los cuales los átomos de oxígeno son fácilmente transferidos, la substancia puede ser un buen catalizador de oxidación parcial; en general la movilidad de los átomos de oxígeno causa que se formen óxidos no estequiométricos, por ejemplo MoO3 y mezclas de algunos óxidos como Sb2O3 - SnO2 Bi2O3 - MoO3, y MoO3 - V2O5. Los óxidos en los cuales el oxígeno está más fuertemente amarrado son estables aun en presencia de hidrógeno y pueden actuar como catalizadores de deshidrogenación en condiciones en las cuales los metales, tradicionalmente usados para estas reacciones, son fácilmente desactivados por depósitos carbonáceos, por ejemplo Cr2O3, Fe2O3.
BIBLIOGRAFIA Blanco, Jesús., Linarte, Ricardo. Catálisis Fundamentos y aplicaciones industriales. Editorial Trillas, México 1976. Páginas 29-46. SERGIO FUENTES- GABRIELA DIAZ. CATALIZADORES ¿LA PIEDRA FILOSOFAL DEL SIGLO XX?