Cinética de Reacciones Heterogéneas (Reacciones gaseosas catalizadas por sólidos)

        Departamento de Ingeniería Química[pic 1]

Ingeniería Civil Química UFRO

Ingeniería de Reacciones 2020-2

Cinética de Reacciones Heterogéneas (Reacciones gaseosas catalizadas por sólidos).

Águeda Coroseo Alarcón

Jonatán Guerra Zalazar

María Fernanda Guiñez

Fecha: 27-02-2021

Profesor: Norberto Abreu

Resumen/Abstract  

Las reacciones heterogéneas es donde los reactivos y los catalizadores se encuentran en distintas fases,generalmente el catalizador se presenta como una superficie sólida y reactivos se utilizan en fase líquida o gaseosa. La rapidez de las reacciones heterogéneas dependen de varios factores,como son: la superficie es la que interactúa con los reactivos, los espacios disponibles entre otros, donde la rapidez de reacción puede ser lenta o rápida dependiendo del área disponible del catalizador.

Para representar la reacción heterogénea con catalizador sólido nos apoyaremos en las expresiones y teorías de langmuir, las cuales en términos básicos apuntan a una reacción simple y un catalizador con cobertura de una sola capa.

Obtenemos las tasas de cambio para las sustancias involucradas las cuales pueden ser desarrolladas con métodos conocidos como el método integral o diferencial y para simplificar las ecuaciones podemos suponer un estado pseudo estacionario o determinar uno de los tres pasos químicos de la reacción catalítica es decir determinar el paso de adsorción del reactivo, de la reacción, o determinar la etapa de la desorción de producto como una limitante de la velocidad de reacción.

Heterogeneous reactions are where the reactants and catalysts are in different phases, generally the catalyst appears as a solid surface and reagents are used in the liquid or gas phase. The speed of heterogeneous reactions depends on several factors, such as: the surface is the one that interacts with the reactants, the available spaces among others, where the reaction speed can be slow or fast depending on the available area of ​​the catalyst.

To represent the heterogeneous reaction with a solid catalyst we will rely on expressions and theories of language, which in basic terms point to a simple reaction and a catalyst with a single layer coverage.

We obtain the rates of change for the substances involved which can be developed with known methods such as the integral or differential method and to simplify the equations we can assume a pseudo steady state or determine one of the three chemical steps of the catalytic reaction, that is, determine the step of reactant adsorption, of the reaction, or determine the step of the desorption of as a limiting of the reaction rate.

Índice  

Introducción        1

Marco teórico        2

Catalizadores        2

Catalizadores heterogéneo        2

Pasos Involucrados en las reacciones químicas sobre catalizadores sólidos        2

Expresiones cinéticas en reacciones gaseosas catalizadas por sólidos        4

Determinación de la etapa limitante de la velocidad de reacción        6

Hipótesis del pseudo-estado estacionario        6

Aplicaciones en la industria química        7

Conclusiones        8

Referencias Bibliográficas        9

Introducción  

Debido a la amplia variedad de reacciones químicas, en la química se ha creado diversas maneras de clasificar estas reacciones, dentro de las cuales se pueden clasificar según la fase en la que se encuentre los reactivos que participan en la reacción, siendo las reacciones Homogéneas aquellas que ocurren en una sola fase (ya sea líquida o gaseosa) y las reacciones heterogéneas aquellas que ocurren en diferentes fases.

Los principios de la cinética de reacciones homogéneas y las ecuaciones derivadas siguen siendo válidos para la cinética de reacciones catalíticas heterogéneas, siempre que las concentraciones y temperaturas sustituidas en las ecuaciones sean realmente las predominantes en el punto de reacción.

La velocidad de reacción de una reacción catalizada es considerada de manera obvia mas rapida que una reacción ocurriendo por sí sola, sin embargo no afectan el equilibrio de la reacción.

La formación de un complejo de superficie es una característica esencial de las reacciones catalizadas por sólidos y la ecuación cinética debe tener en cuenta esto. Además, en los procesos de transporte pueden influir en la velocidad general: transferencia de calor y masa entre el fluido y el sólido o dentro del sólido poroso, de modo que las condiciones sobre el sitio de reacción local no correspondan a las del fluido a granel alrededor de la partícula de catalizador. (Froment G. ,2011).

Marco teórico  

Catalizadores

Los catalizadores son sustancias que se pueden agregar a una reacción química para aumentar su velocidad de reacción sin que se consuman en el proceso. Estos generalmente funcionan reduciendo la energía del estado de transición, disminuyendo la energía de activación y/o cambiando el mecanismo de la reacción.

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Figura 1: Variación de la Energía en el transcurso de la reacción con y sin catalizador.    Fuente:Yadav, M. y Sharma R. K. (2019)

Catalizadores heterogéneo

Son aquellos que se encuentran en una fase distinta a la que se encuentran los reactivos. El catalizador puede estar en fase sólida mientras que los reactivos están en fase líquida o gaseosa.

La  catálisis heterogénea ocurre mediante la adsorción química de los reactantes en la superficie del catalizador. En la práctica se pueden hablar de dos tipos de adsorción:

Adsorción química o quimisorción: Es un tipo de adsorción que implica una reacción química entre la superficie y el adsorbato (reactivos). Se generan nuevos enlaces químicos por ende nuevas especies químicas en la superficie del adsorbente ( en este caso en la superficie catalizadora). Se produce una interacción fuerte entre la superficie y el reactivo, este tipo de adsorción es muy específico.

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