Tipos de reacciones catalíticas Los catalizadores se pueden dividir en dos tipos principales - heterogéneos y homogéneos . En una reacción heterogénea , el catalizador está en una fase dif erente de los reactivos . En una reacción homogénea , el catalizador está en la misma fase que los reactivos . ¿Qué es una fase ? Si nos fijamos en una mezcla y se puede ver una frontera entre dos de lo s componentes , las sustancias se encuentran en diferentes fases. Una mezcla que contiene un sólido y un líquido consta de dos fases . Una mezcla de diversos productos químicos en una única solución consiste en una sol a fase , porque no se puede ver ni ngún límite entre ellos. Usted podría preguntarse por qué la fase difiere de la expresión del estado físico (sólido , líquido o gas) . Incluye los sólidos, líquidos y gases , pero en realidad es un poco más general. También se puede aplicar a dos líquidos (aceite y agua , por ejemplo) que no se disuelven en el otro . Se podía ver el límite entre los dos líquido s . Si quieres ser quisquilloso con las cosas, los diagramas muestran en realidad más fases que están etiquetados . Cada , por ejemplo , también tiene el vaso de precipitados de vidrio como una fase sólida . Todo probable que un gas por encima del líquido - que es otra fase. No contamos estas fases adicionales porque no son parte de la reacción. catálisis heterogénea Esto implica el uso de un catalizador en una fase diferente de los reactivos . Ejemplos típicos incluyen un catalizador sólido con los reactivos como líquidos o gases.
Nota: Es importante que recuerde la diferencia entre los dos términos heterogéneos y homogéneos . hetero implica diferente (como en la het erosexual) . Catálisis heterogénea tiene el cataliz ador en una fase diferente de los reactivos . Homo implica el mismo ( como en homosexuales ) . Catálisis homogénea tiene el catalizador en la misma fase que los reactivos . ¿Cómo funciona el catalizador heterogéneo ( en términos generales) La mayoría de los ejemplos de catálisis hetero génea pasan por las mismas etapas : Uno o más de los reactivos se adsorben sobre la superficie del catalizador en los sitios activos . La adsorción es donde algo se pega a una superficie . No es la misma que la absorción donde uno sustancia es absorbida dentro de la estructura de otro . ¡Ten cuidado! Un sitio activo es una parte de la superficie que es particularmente bueno en la adsorción de las cosas y ayudar a que reaccionen . Hay algún tipo de interacción entre la superficie del catalizador y las moléculas reaccionantes que los hace más reactivo . Esto podría implicar una reacción real con la superficie, o un cierto debilitamiento de los enlaces en las moléculas unidas . La reacción ocurre .
En esta etapa , tanto de las moléculas de reactivo puede estar unido a la superficie , o uno podría estar unido y golpeado por el otro se mueve libremente en el gas o el líquido . Las moléculas de producto se desorben . Desorción simplemente significa que las moléculas de producto se separan . Esto deja e l sitio activo disponible para un nuevo conjunto de moléculas que conlleve y reaccionar . Un buen catalizador necesita para adsorber las moléculas de reactivo con suficiente fuerza para que reaccionen , pero no tan fuertemente que las moléculas de producto se adhieren más o menos permanente a l a superficie . Plata , por ejemplo, no es un buen catalizador , ya que no forman fuertes lazos suficie ntes con moléculas de reactivo . Tungsteno , por otra parte , no es un buen catalizador , ya que adsorbe demasiado fuerte . Los metales como el platino y el níquel son buenos catalizadores , ya que absorben la f uerza suficiente para sostener y activar los reactivos, pero no con tanta fuerza que los productos no pueden separarse .
Los ejemplos de catálisis heterogénea La hidrogenación de un doble enlace carbono-carbono El ejemplo más sencillo de esto es la reacción entre el eteno y el hidrógeno en presencia de un catalizador de níquel . En la práctica , se trata de una reacción sin sentido, porque va a convertir el eteno extremadamente útil en el etano relativamente inútil . Sin embargo , la misma reacción ocurrirá con cualquier compuesto que contiene un doble enlace carbono-carbono . Un uso industrial importante es en la hidrogenación d e aceites vegetales para hacer margarina , que también implica la reacción de un doble enlace carbono-carbono en el aceite vegetal con hidrógeno en presencia de un catalizador de níquel . Moléculas de eteno se adsorben en la superficie del níquel . El doble enlace entre los átomos de car bono se rompe y los electrones se utiliza para unir a la superficie de níquel . Las moléculas de hidrógeno también se adsorben sobre la superficie del níquel . Cuando esto s ucede , las moléculas de hidrógeno se rompen en átomos . Estos pueden moverse sobre la superficie del níquel . Si un átomo de hidrógeno se difunde cerca d e uno de los carbonos unidos , el enlace entre el carbono y el níquel se sustituye por uno entre el carbono y el hidrógeno . Ese fin del eteno originales ahora se libera de la superficie , y, finalmente, lo mismo va a suceder en el otro extremo . Como antes , uno de los átomos de hidrógeno forma un enlace con el carbono , y que también rompe extremo libre . Ahora hay espacio en la superficie del níquel para las nuevas moléculas de reactivo para ir a través de todo el proceso de nuevo.
Los convertidores catalíticos
Los convertidores catalíticos cambian moléculas tóxicas como el monóxido de carbono y diversos óxidos de nitrógeno en los tubos de escape de automóviles en moléculas más inofensivos como el dióxido de carbono y nitrógeno . Ellos usan metales caros como el platino , el paladio y el rodio como catalizador heterogéneo . Los metales se depositan como capas delgadas sobre un panal de abejas de cerámica . Esto maximiza el área de superficie y mantiene la cantidad de metal utilizado para un mínimo . Tomando la reacción entre monóxido de carbono y el monóxido de nitrógeno como típica :
Nota: Esta es una simplificación , que es adecuado para lo mayoría de los e xaminadores en este nivel preguntan . La ecuación representa un cambio general en el convertidor cat alítico , sino que tiene lugar e n más de una etapa . Si te interesara , podría seguir con esto al leer esta página de Wikipedia Los convertidores catalíticos pueden ser afectados por el envenenamiento del catalizador . Esto sucede cuando algo que no es una parte de la reacción se adsorbe muy fuertemente sobre la superficie del c atalizador , la prevención de los reactivos normales de llegar a ella . El plomo es un veneno para el catalizador familiar para los convertidores catalíticos. Se recubre el panal de metales caros y detiene su funcionamiento. En el pasado, se han añadido compuestos de plomo a la gasolina (gasolina ) para hacer que se q ueme más fácilmente en el motor. Pero no se puede utilizar un convertidor catalítico si está utilizando combustible con plomo . Convertidores catalíticos Así que no sólo han ayudado a eliminar los gases tóxicos como el monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno , sino que también han obligado a la eliminación de los compuestos de plomo venenosos de la gasolina .
El uso de vanadio (V) de óxido en el proceso de contacto Durante el proceso de contacto para la fabricación de ácido sulfúrico , dióxido de azufre tie ne que ser convertido en trióxido de azufre . Esto se hace h aciendo pasar dióxido de azufre y oxígeno sobre un catalizador de óxido de vanadio sólido ( V ) .
Nota: La ecuación se escribe con el medio en él para hacer la explicación más adelante más ordenado . Usted bien puede estar familiarizado con la ecuación escrita como dos veces la que se muestra , pero la versión actual es perfectamente aceptable. También se muestra como un solo sentido en lugar de una reacción reversible para evit ar complicar las cosas . Este ejemplo es ligeramente diferente de los anteriores ya que los gases de hecho reaccionan con la superficie del catalizador , cambiar temporalmente. Es un buen ejemplo de la capacidad de los metales de transición y sus compuestos para actuar como catalizadores debido a su capacidad de cambiar su estado de oxidación .
Nota: Si no está seguro acerca de los estados de oxidación , podría ser útil seguir este enlace antes de continuar . Utilice el botón Atrás de su navegador para regresar a esta página . El dióxido de azufre se oxida a t rióxido de azufre por el óxido de vanadio ( V ) . En el proceso , el óxido de vanadio ( V ) se reduce a vanadio ( IV ) óxido .
El vanadio ( IV ) óxido es entonces re - oxidado por el o xígeno . Este es un buen ejemplo de la f orma en que un catalizador se puede cambiar durante el curso de una reacción . Al fi nal de la reacción , sin embargo, será químicamente la misma como empezó.
Nota : Si desea más detalles sobre el proceso de contacto , usted encontrará una descri pción completa de las condiciones usadas y las razones de las mismas , siguiendo este enlace.
catálisis homogénea Esto tiene el catalizador en la misma fase que los reactivos . T ípicamente todo va a estar presente como un gas o contenida en una sola fase líquida . L os ejemplos contienen uno de cada uno de estos . . . Los ejemplos de catálisis homogénea La reacción entre los iones persulfato y iones yoduro Esta es una reacción solución que es muy posible que sólo se reunirán en el contexto de la catálisis , pero es un bello ejemplo ! Iones persulfato (iones peroxodisulfato ) , S2O82 - , son agentes oxidantes muy potentes . Iones yoduro son muy fácilmente oxidados a yodo . Y sin embargo, l a reacción entre ellos en solución en ag ua es muy lento . Si nos fijamos en la ecuación , es fácil ver por qué esto es: La reacción necesita una colisión entre dos i ones negativos . Repulsión se va a poner seriamente en el camino de eso! La reacción catalizada evita ese problema completamente . E l catalizador puede ser de hierro (II ) o hierro (III) io nes que se añaden a la misma solución . Este es otro buen ejemplo de la utiliz ación de compuestos de metales de transición como catalizadores debido a su capacidad para cambiar el e stado de oxidación . Por el bien del argumento , vamos a tomar el catalizador que los io nes de hierro (II) . Como se verá en breve, no importa realmente si usted utiliza el hierro ( II) o hierro ( III ) iones. Los iones persulfato oxidan el hierro ( II ) a iones de hierro ( III ) iones . En el pro ceso de los iones de persulfato se reducen a iones sulfato . El hierro (III ) iones son fuertes ag entes oxidantes suficientes para oxidar iones yoduro a yodo . En el proceso, se reducen de nuevo a los iones de hierro (II) de nuevo. Ambas de estas etapas individuales en la reacción global implica la colisión entre iones positivos y negativos . Esto será mucho más probable que tenga éxito de la colisión entre dos iones negativos en la reacción no catalizada . ¿Qué sucede si usted utiliza iones de hie rro (III) como catalizador en lugar de hierro ( II ) iones ? Las reaccio nes simplemente suceden en un orden diferente .
La destrucción del ozono atmosférico
Este es un buen ejemplo de catálisis homo génea donde todo está presente como un gas . El ozono , O3 , es constantemente fo rmado y dividido de nuevo en la alta atmósfera por la acción de la luz ultravioleta. Moléculas de oxígeno ordinarias absorben la luz ultravioleta y la ruptura en átomos individuales de oxígeno . Estos tienen electrones no apareados , y se c onocen como radicales libres . Ellos son muy reactivos . Los radicales de oxígeno pueden entonces combinarse con las mol éculas de oxígeno normales para hacer la c apa de ozono . El ozono también se puede dividir de nuevo en oxígeno ordinario y un radical mediante la absorción de la luz ultravioleta oxígeno. Esta formación y ruptura de la capa de ozono está pasando todo el tiempo. Tomados en conjunto , estas reacciones se detienen una gran cantidad de radiación ultravioleta que penetra en la atmósfera perjudicial para a lcanzar la superficie de la Tierra . La reacción catalítica estamos interesados en destr uye la capa de ozono y por lo tanto detiene la absorción de UV de esta manera . Los clorofluorocarbonos (CFC) como CF2Cl2 , por ejemplo , se han utilizado ampliamente en aerosol es y como refrigerantes . Su ruptura lenta en la atmósfera produce átomos de cloro - radicales libres de cloro. Estos catalizan la destrucción de la capa de ozono . Esto ocurre en dos etapas. En el primero, el ozono se rompe y se produce un nuevo radical libre . El catalizador de radicales de cloro se regenera por una segunda reacción . E sto puede ocurrir de dos formas dependiendo de si el radical ClO golpea una mo lécula de ozono o un radical de oxígeno . Si impacta a un radical de oxígeno ( producido a partir de una de las reacciones que h emos visto anteriormente ) : O si se golpea una molécula de o zono : Debido a que el radical cloro sigue siendo regenerada , cada uno puede destruir miles de mo léculas de ozono.
Nota: Si usted es un Reino Unido Un estudiante de niv el es probable que usted sólo tendrá que una de estas dos últimas ecuaciones en función de lo que dice su programa de estudios. Por desgracia , en el momento de la escritura , los diferentes planes de estudio A nivel estaban citando diferentes ecuaciones finales . Es necesario comprobar que su plan de estudios vigente . Si usted no t iene una copia de su plan de estudios, seguir este enlace para saber cómo conseguirlo . autocatálisis La oxidación de ácido etanodioico por manganato de iones (VII) En autocatálisis , la reacción es catalizada por uno de sus productos . Uno de los ejemplos más simples de esto es en la oxidación de una solución de ácido etanodioico ( ácido oxálico ) por una solución acidifica da de manganato de potasio ( VII ) ( permanganato de potasio ) . La reacción es muy lenta a temperatura ambiente . Se utiliza como una valoración para encontrar la concentración de manganato de potasio solución ( VII ) y se lleva a cabo usualmente a una t emperatura de aproximadamente 60 ° C. Aún así , es muy lento para empezar.
La reacción es catalizada por iones de manganeso ( II ) . Hay , evidentemente, no son ni nguno de los presentes antes del inicio de la reacción, con lo que comienza muy lentamente a temperatura ambiente. Sin embargo , si nos fijamos en la ecuación , se encuentra de manganeso ( II) iones entre l os productos . Más y más cataliz ador se produce según avanza la reacción y así la reacción se acelera. Se puede medir este efecto por el trazado de la concentración de uno de los reactivos conforme pasa el tiempo . Usted obtiene un gráfico muy diferente a la curva de tipo normal para una reacción. La mayoría de las reacciones dan una curva de tipos que se parece a esto:
Las concentraciones son de alta al principio y por lo que la reacción es rápida - se muestra por una rápida caída de la concentración de reactante . Como las cosas se agotan, la reacción se ralentiza y finalmente se detiene en uno o más de los reactivos están completamente agotadas. Un ejemplo de autocatálisis da una curva de la siguiente manera: Usted puede ver la reacción lenta ( no catalizada ) al principio . Como catalizador comienza a ser formado en la mezcla , la reacción se acelera - cada vez más rápido y más rápido como se forma más y más catalizador . Finalmente, por supuesto , la tasa cae de nuevo como las cosas se han agotado. Advertencia ! No asuma que una curva de tipos que se parec e a esto necesariamente muestra un ejemplo de a utocatálisis . Hay otros efectos que podrían producir un gráfico similar . Por ejemplo , si la reacción involuc rado un sólido reaccionar con un líquido , puede haber algún tipo de revestimiento de superficie sobre el sólido que el lí quido tiene que penetrar antes de la reacción esperada puede suceder . Una posibilidad más común es que usted tiene una reacción fuertemente exotérmica y no está cont rolando la temperatura adecuada. El calor desprendido durante la reacción acelera la reacción arriba.
