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¡Esta es una revisión vieja del documento!

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Catalizador

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El catalizador es un elemento químico o compuesto cuya función es acelerar la velocidad de reacción, lo que se conoce como catálisis o ralentizar la velocidad de reacción, lo que se conoce como inhibición.

Historia

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En un sentido general, cualquier cosa que aumenta la velocidad de un proceso es un “catalizador”, un término derivado del griego, que significa “anular”, “desatar”, o “recoger”. La frase procesos catalizados fue acuñada por Jöns Jakob Berzelius en 1836 cuando enuncio su hipótesis “un catalizador es una sustancia que presente en el medio hace que se desaten reacción que de otro modo no tendrían lugar”. Fue la primera idea sobre catálisis, aunque, evidentemente se trataba de un error ya que si que tendrían lugar sin la presencia del catalizador aunque en un tiempo tan largo que sería imperceptible al ojo humano.

Principio de la catálisis

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En primer lugar debemos de indicar que existe catálisis homogénea (reactivos de igual fase) y catálisis heterogénea (reactivos de distinta fase). La primera no se usa apenas ya que un catalizador homogéneo requeriría posteriores costes de separación, y además es menos efectivo. Lo aquí expuesto será el funcionamiento del catalizador heterogéneo, el mas usado en la industria. El catalizador posee los llamados centros activos que es donde se producirá la catálisis. Estos centros activos pueden estar en la superficie del catalizador (situación poco convencional que se puede forzar) o dentro de los poros del mismo (más habitual). Los reactivos tendrán que adsorberse en el centro activo y por tanto tendrán que sufrir un transporte a través de la película externa del catalizador y a través de los poros. En el centro activo es donde tiene lugar la reacción obteniéndose el producto, que tendrá que desorberse para obtener el producto final y el catalizador separados. Sobre lo que sucede en los centros activos no se sabe con total certeza pero lo que es seguro que el catalizador tiene este efecto ya que baja la energía de activación requerida para llevarse a cabo una reacción. Dentro del centro activo se supone que se crea un compuesto intermedio tremendamente inestable que rápidamente da lugar a los productos.

Tipos de catalizadores

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Como comentamos anteriormente los catalizadores suelen dividirse en heterogéneos y homogéneos, aunque existe un tercer tipo que ha adquirido una importancia mucho mayor en los últimos tiempos. Se trata de los organocatalizadores o enzimas.

Catalizadores típicos

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La naturaleza química de los catalizadores es tan diversa como la catálisis misma, aunque pueden hacerse algunas generalizaciones. Los ácidos próticos son probablemente los catalizadores más ampliamente usados, especialmente para muchas reacciones que involucran agua, incluyendo la hidrólisis y su inversa. Los sólidos multifuncionales a menudo suelen ser catalíticamente activos, por ejemplo las zeolitas, la alúmina (debido a su alta superficie específica, parámetro muy importante en catálisis) y ciertas formas de carbono grafítico. Los metales de transición son utilizados a menudo para catalizar reacciones re-dox (oxigenación, hidrogenación). Muchos procesos catalíticos, especialmente los que involucran hidrógeno, requieren metales del grupo del platino siendo este último, el platino, un catalizador muy útil y caro. Los catalizadores pueden ser líquidos (normalmente para reacciones homogéneas, donde el catalizador viene con el disolvente) o sólidos. De esta última se ofrecen formas diversas como, estrusado, esférico, en forma de pellets, aleatorio y monolítico. Esta última forma tiene un soporte cerámico estructurado donde la fase activa del catalizador se encuentra en el interior de unas rendijas que forma el soporte.

Enzimas

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Las enzimas son organismos vivos capaces de catalizar una reacción o de inhibirla. Son muchísimo mas específicos que los catalizadores convencionales ya que en algún caso se ha visto como se discriminan isómeros ópticos y mas eficaces. Estos enzimas son creados de forma natural por el cuerpo humano para catalizar reacciones sin las cuales no seriamos capaces de vivir.

Uno de los frentes abiertos en la ingeniería del a reacción química es la de aislar de forma mas económica estos enzimas ya que en general resultan mejores que los convencionales. La única pega que se encuentra parte del elevado precio de obtención, es que no se pueden usar a temperaturas fuera de las normales ya que estos enzimas se desnaturalizan. Evidentemente los procesos industriales típicos alcanzan temperaturas muchos mas altas y tenemos un problema a la hora de aplicarlos industrialmente.

Bibliografía

• • Octave levenspiel “Ingeniería de la reacciones químicas”.
• • W.L.McCabe-J.C.Smith-P.Harriott “Operaciones unitarias en ingeniería química”.