Catalisis En Reacciones Quimicas

1.-¿Qué es un Catalizador? ¿Cuál es su función sobre una Reacción Química?

Un Catalizador es una sustancia que proporciona a una reacción un mecanismo alternativo que tiene una menor energía de activación. Un catalizador no es consumido en la reacción, ni afecta a sus aspectos termodinámicos (calor de reacción, equilibrio químico, entre otros). Un catalizador es Homogéneo cuando está presente en la misma fase que los reactivos y Heterogéneo cuando está en fase distinta. Un problema práctico de los catalizadores es que pueden ser envenenados (inactivados).

Según Thomas Engel un Catalizador es una sustancia que participa en las reacciones químicas aumentando la velocidad de la reacción, aunque el catalizador queda intacto después de completarse la reacción.

Por ejemplo, añadiendo dióxido de manganeso (MnO2) al peróxido de hidrógeno (H2O2), se observa que se descompone liberando abundante oxígeno:

2.H2O2 + n.MnO2 → 2.H2O + O2 (g) + n.MnO2 (rápida)

La cantidad n de dióxido de manganeso (MnO2) permanece constante luego de finalizada la reacción.

La función general de un catalizador es proporcionar un mecanismo adicional por el que los reactantes se convierten en productos. Otras de sus funciones en las reacciones químicas es que una sustancia que está presente en una reacción química en contacto físico con los reactivos, acelera, induce o propicia dicha reacción sin actuar en la misma, es decir que el catalizador no modifica el equilibrio de una reacción química, sólo ayuda a que el sistema llegue con mayor rapidez.

2.-Explique porque un Catalizador no altera la Condición de Equilibrio

Los Catalizadores no alteran las condiciones de equilibrio debido a que aumentan la velocidad de las reacciones. Por lo tanto no afectan al equilibrio químico ya que este acelera la reacción directa e inversa por igual. El catalizador solo puede hacer que una de las dos reacciones concurrentes resulte más rápida. Es de gran utilidad porque en cierto modo dirige el proceso, pero en ningún caso modifica la condición de equilibrio. El único efecto es hacer que el equilibrio se alcance más rápidamente al estado de equilibrio.

3.-Describa los tipos de Catalizadores

Existen tres tipos de Catalizadores los cuales son:

 Catalizadores Positivos o Promotores: Consiste en acelerar las reacciones químicas, haciéndolas más eficiente o tienen otra función específica.

 Catalizadores Negativos o Inhibidor: Consiste en reducir la velocidad de la reacción química, se utilizan con menor frecuencia que los catalizadores positivos. Ambos catalizadores son utilizados en cantidades muy pequeñas, ya que son reutilizables. Para ambos tipos de catalizadores, cuando la reacción ha terminado, tendrás exactamente la misma masa de catalizador que tenías al principio.

 Venenos Catalíticos: Se encargan de desactivar el proceso de catálisis.

También existen de acuerdo a su origen:

Químicos: Son compuestos o mezclas químicas. Por ejemplo: MnO2, MTE, Na2HPO4, H2SO4, Pb (C2H5)4.

Biológicos: Cuando se trata por lo regular, de enzimas o células bacterianas (se usan en descomposiciones). Por ejemplo: Zimaza, Sacaraza, Levadura.

Físicos: Cuando son acciones o procesos mecánicos, físicos o del ambiente donde se desarrolla la reacción. Por ejemplo: Luz, calor, agitación, centrifugación.

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4.-Mencione y Explique cada una de las Propiedades de los Catalizadores

Un buen catalizador debe reunir ciertas propiedades para ser de interés en un proceso químico- por lo tanto estas son las mas importantes:

PROPIEDADES FISICAS:

 Resistencia Mecánica de la Partícula (kg cm-2): Es la fuerza necesaria para romper una partícula en la dirección axial o radial mecánica de la partícula.

 Tamaño de Partícula (mm): Es el diámetro o longitud de las pastillas del catalizador.

 Volumen de Poros (cm3 g-1): Es el volumen de los poros comprendidos en un gramo de catalizador sólido. Volumen de macro-poros Volumen de meso-poros Volumen de micro-poros.

 Tamaño de los Poros: Macroporos (dp>50 nm) (nm) Mesoporos (dp=3-50 nm) Microporos (dp<3 nm) .

 Superficie Específica (m2 g-1): Es la superficie total (incluida la del interior de los poros) comprendida en un gramo de sólido. Superficie microporosa, Superficie mesoporosa y Superficie macroporosa.

PROPIEDADES QUÍMCAS:

 Composición: Porcentaje en peso de los diferentes elementos en el catalizador.

 Concentración de Centros Activos: Número de centros activos por gramo de catalizador, superficie cubierta de centros activos por gramo de sólido. La concentración de centros activos es función de la carga metálica de fase activa y de su dispersión o fracción expuesta a los reactivos Dm= Ns/NT Ns número de átomos o moléculas superficiales NT número total de átomos o moléculas de la fase catalíticamente activa La dispersión puede variar entre 0 y 1, y es inversamente proporcional al tamaño del cristalito.

 Acidez: Centros Brønsted: capacidad para dar protones. Centros Lewis: capacidad para capturar electrones. La acidez juega un papel importante en numerosos procesos catalíticos (craqueo, isomerización, polimerización).

PROPIEDADES CATALÍTICAS:

Son la actividad, selectividad y estabilidad del catalizador, son propiedades dinámicas ya que suelen modificarse con el tiempo de uso del catalizador.

 Actividad: Conversión, velocidad de reacción, Moles convertidos/unidad de tiempo referida a diferentes bases (volumen de reactor, masa de catalizador, área superficial del catalizador), Frecuencia o número de rotación, es el número de moléculas convertidas o producidas por centro activo catalítico y por segundo.

 Selectividad: Propiedad que permite modificar solamente la velocidad de una reacción determinada, no afectando a las demás Se evalúa como la cantidad o velocidad de producción de uno de los productos con relación al total de productos.

 Estabilidad Pérdida de actividad en unas determinadas condiciones de reacción debido a la disminución del número de centros activos disponibles (fenómenos de desactivación).

5.-Mencione y Explique los Componentes de un Catalizador.

Un catalizador consta de tres constituyentes principales que son:

• Agente Activo o Precursor: Este es el principal constituyente responsable de la actividad catalítica e incluye metales, semiconductores y aislantes. El agente activo del catalizador se prepara por diferentes técnicas, como por ejemplo: Precipitación, lixiviación,

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