EL PAPEL DE LOS CATALIZADORES CATALIZADORES EN LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA INTRODUCCION Los catalizadores son productos o sustancias puras que ayudan a aumentar o disminuir la velocidad de las reacciones químicas, químicas, estas sustancias no sufren ningún cambio químico químico ni alteran el balance de energía de la reacción. Existen dos clases de catalizadores de acuerdo a la fase en la que se encuentre junto con los reactivos, si se encuentra en la misma fase reciben el nombre de catalizador homogéneo. La acción del catalizador es la de unirse a uno de los reactivos formando un compuesto intermedio que hace que haya una reacción más rápida con el otro reactivo. El catalizador que se encuentra en una fase diferente a la de los reactivos recibe el nombre de heterogéneo. Hay sustancias dentro de la reacción que envenena el catalizador y hace que tenga un efecto contrario o disminuya su eficiencia como es el caso de la presencia de plomo en una reacción química que hace que se reduzca la capacidad al platino para actuar como catalizador. Hay otras sustancias que no son conocidas como catalizadores pero que ayudan a los catalizadores a aumentar su eficiencia como es el caso de utilizar la alúmina en presencia de hierro finamente dividido. Actualmente la catálisis homogénea presenta una visión muy generosa respecto respecto al concepto de economía atómica el cual permite diseñar procesos de muy bajo impacto ambiental enmarcados dentro del concepto de la química verde, y dando un desempeño extraordinario. EL PAPEL QUE JUEGAN LOS CATALIZADORES DENTRO DE LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA Para hablar de los catalizadores es importante que primero se identifiquen como sustancias químicas que pueden ser líquidas, sólidas o gaseosas y hasta en ocasiones la misma luz solar (en las reacciones de sustitución en los hidrocarburos), que se utilizan ampliamente en el desarrollo de las reacciones químicas y que ayudan a ésta a gastar menos energía en la generación de los productos de la reacción. La energía de la reacción química está directamente relacionada con la función de los catalizadores, se puede empezar diciendo que las reacciones químicas pueden ser instantáneas como en el caso de las explosiones, lentas como es el caso de la reacción de fermentación de los azucares para producir el alcohol, o pueden ser nulas como cuando se coloca el carbono en presencia de oxigeno y no se le suministra la llama l lama para que se dé la combustión. El hecho que una reacción se inicie de manera rápida o lenta indica que los reactivos poseen la suficiente energía para que suceda el arranque de la reacción y se conoce como la energía de los reactivos; esta energía involucra rompimiento de los enlaces que unen los átomos en la moléculas de los reactivos y la correspondiente etapa que involucra el conocido factor de orientación entre ellas que hacen que choquen unas moléculas con otras , se orienten, busquen aparear sus electrones disponibles y formen una sustancia nueva que sería la generación de los productos de la r eacción química. En el momento que se forma la primera mol de producto, en el campo de la energía de la reacción, se está hablando que se alcanzo el complejo activado y de ese momento en adelante la energía que sigue en la reacción es la energía de los productos.
Por lo expuesto anteriormente se pueden identificar los tres estados de energía en la reacción química que son: la energía con que arrancan los reactivos la reacción química (energía de los reactivos), la energía de la formación de la primera mol de producto (energía del complejo activado) y la energía con que terminan los productos (energía de los productos). Cuando se mide la cantidad de energía absorbida o liberada en una reacción química se hace uso de los anteriores conceptos y decimos que sencillamente se pude hacer la diferencia entre la energía con que terminan los productos menos la energía con que inician los reactivos, si esta diferencia en positiva es porque la energía de los productos fue mayor que la de los reactivos, significando que la reacción química tomo parte de la energía del medio ambiente para poder finalizar y la reacción es de tipo endotérmico; si por el contrario la energía con que terminan los productos es menor que la energía con que iniciaron los reactivos se tiene una diferencia negativa y se está hablando de una reacción exotérmica, es decir los reactivos tenían la suficiente energía para que se formen los productos y además hay una liberación de energía hacia el medio ambiente. Ahora ya se sabe como avanza una reacción química en términos de sus energías miremos el papel que juegan los catalizadores en el desarrollo de esas energías. Para que se forme la primera mol del producto se necesita la energía para llegar al complejo activado y el papel del catalizador positivo (acelera la reacción química) es el de reducir la cantidad de energía necesaria para ll egar hasta allí, esto quiere decir que la velocidad de la reacción se aumenta y se forma más rápidamente el producto en la reacción. Vale aclarar que los catalizadores no participan en la reacción con su masa es decir que no se involucran en la estequiometria de la reacción solo ayudan en la velocidad de la reacción. Si por el contrario se utiliza un catalizador negativo es para hacer la velocidad de la reacción más lenta y esto se considera de acuerdo al tipo de reacción química que necesitamos que se lleve a cabo. Es importante resaltar que el balance energético de la reacción no se altera con los catalizadores solo se aumenta o disminuye la velocidad de la reacción. En la catálisis o uso de los catalizadores, como es conocida, se pueden encontrar de dos tipos: la catálisis homogénea cuando el catalizador se encuentra en la misma fase de los reactivos y la catálisis heterogénea cuando en catalizador y los reactivos se encuentra en una fase diferente. El uso de los catalizadores en la industria petroquímica es tan amplio que se puede decir con certeza que el aumento de la eficiencia hasta del 90 % de las reacciones se debe al uso de éstos generando un gran empuje al desarrollo de este tipo de industria, debido a que se favorece en aspectos como disminución de los costos de producción, simplificación de las instalaciones, condiciones menos severas de presión y temperatura en los procesos debido a que estos factores favorecen también la velocidad de la reacción, reactores y aparatos mas pequeños, además de la obtención de productos de mayor calidad. Una de los usos mas demostrables en la utilización de los catalizadores se encuentra en el éxito de uso en el craqueo (ruptura) catalítica de las fracciones pesadas del petróleo y posteriormente la utilización del reformado catalítico de hidrocarburos utilizando como catalizador las zeolitas. En la obtención del polietileno para la producción de botellas, recipientes, etc., mediante la polimerización de etileno los catalizadores utilizados son de tipo Ziegler – natta y en los procesos catalíticos del petróleo como es la desintegración se utilizan las arcillas acidificadas. CONCLUSION La conversión de los productos derivados del petróleo en productos químicos es una de las industrias más pujantes con que se cuenta en este momento y que va en mira de satisfacer la enorme demanda de consumo de estos productos en el mundo; pero para lograr este propósito es indiscutible el uso de los catalizadores , los cuales en su uso s e vislumbra un desarrollo benéfico en términos de ver la catálisis con grandes retos en el futuro como por ejemplo el de conseguir
procesos sin desechos, el uso de catalizadores de membrana, catalizadores de tipo biológicos y la búsqueda de mejorar los utilizados en la actualidad en lo que se refiere a la producción de medicamentos y para hacer los procesos químicos mas productivos y más seguros.
Los catalizadores juegan un rol muy importante en los procesos petroquímicos puesto que son sustancias, compuestos o elementos químicos capaces de acelerar (catalizador positivo) o retardar (catalizador negativo o inhibidor) una reacción química. Los catalizadores no alteran el balance energético final de la reacción química, sino que permiten el equilibrio químico con mayor o menor velocidad. La catálisis puede ser de dos tipos: Homogénea: El catalizador y el reactivo están en una misma fase, por ejemplo, en solución acuosa. Es el caso de la catálisis ácido-base y la catálisis enzimática.
Heterogénea: El catalizador y reactivo se encuentran en distintas fases, como, por ejemplo, la catálisis heterogénea de una reacción entre sustancias gaseosas adsorbidas en la superficie de metal. Los catalizadores sólidos pueden ser porosos y estar hechos de metal u óxido metálico soportado sobre una matriz sólida inerte. Este caso particular se conoce como catálisis de contacto. Este tipo de catalizadores son ampliamente utilizados en las refinerías de petróleo.
La Figura 1.4 muestra el diagrama de una reacción catalizada, mostrando como varía la energía (E) de las moléculas que participan en la reacción durante el proceso de reacción (tiempo, t). Todas las moléculas contienen una cantidad determinada de energía, que depende del número y del tipo de enlaces presentes en ella. Los sustratos o reactivos, (A y B) tienen una energía determinada y el o los productos (AB) 14 Si la energía total de los sustratos es mayor que la de los productos (por ejemplo como se muestra en el diagrama), se produce una reacción exotérmica, y el exceso de energía se desprende en forma de calor. Por el contrario, si la energía total de los sustratos es menor que la de los productos, se necesita tomar energía del exterior para que la reacción tenga lugar, lo que produce una reacción endotérmica. Cuando las moléculas de los sustratos se van acercando para reaccionar, se vuelven inestables como) u na analogía antropomórfica, a las moléculas "les gusta" mantener su espacio vital y las intromisiones no son bienvenidas). La inestabilidad se manifiesta como un aumento de la energía del sistema (es el pico de energía que se ve en el diagrama). Cuando los sustratos se convierten en productos, las moléculas se separan y se relajan de nuevo, y el conjunto se estabiliza. Las enzimas catalizan las reacciones estabilizando el intermedio de la reacción, de manera que el "pico" de energía necesario para pasar de los sustratos a los productos es menor. El resultado final es que existen muchas más moléculas de sustrato que chocan y reaccionan para dar lugar a los productos, y la reacción transcurre en general más aprisa. Un catalizador puede catalizar (redundancia) tanto reacciones endotérmicas como exotérmicas, ya que en los dos casos es necesario superar una barrera energética. El catalizador (E) crea un microambiente en el que A y B pueden alcanzar el estado intermedio (A...E...B) más fácilmente, reduciendo la cantidad de energía necesaria (E2). Como resultado, la reacción es más eficiente, mejorando la velocidad de dicha reacción.
