catalisis
-
Upload
maximiliano-guanipa -
Category
Documents
-
view
223 -
download
2
description
Transcript of catalisis
![Page 1: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/1.jpg)
Curso 2013
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
ÁREA DE TECNOLOGÍA
COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA
Catalizadores:
Aspectos Químicos, Cinéticos y Termodinámicos
Catálisis Homogénea y Heterogénea
Dra. Alida Chirinos
![Page 2: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/2.jpg)
Concepto de catalizador
Sustancia que acelera la velocidad de reacción y que
no aparece en la ecuación estequiométrica (Berzelius,
1835; Ostwald, 1909)
Disminuye la energía de activación de la reacción
(proporcionando un camino alternativo que evita la etapa
lenta determinante de la reacción no catalizada) y da
como resultado una velocidad de reacción mas elevada
a la misma temperatura
![Page 3: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/3.jpg)
Concepto de catalizador
Br- Ea = 76 kJ/mol (Tambiente) 57 kJ/mol
k kcatalizador = 2000 k
Sacarosa Ea = 107 kJ/mol (Tcorporal) 36 kJ/mol
k ksacarosa = 1012 k
La Ea para la descomposición del peroxido de
hidrogeno en solución es de 76 kJ/mol. La reacción
es lenta pero cuando se le añade una ligera
cantidad de yodo, la Ea baja a 57 KJ/mol y la
velocidad aumenta
Influencia del H+ sobre la velocidad de hidrólisis de la sacarosa
Ejemplos
![Page 4: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/4.jpg)
Propiedades de los catalizadores
1. El catalizador aparece químicamente inalterado al final de la reacción
2 H2O2 (aq) 2 H2O (aq) + O2 (g)
H3O+ + H2O2 H3O2
+ + H2O
H3O2+ + Br- HOBr + H2O
HOBr + H2O2 H3O+ + O2 + Br-
![Page 5: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/5.jpg)
2. Una pequeña cantidad de catalizador es
suficiente para producir una reacción considerable.Al agregar trazas de Pt finamente dividido a una mezcla gaseosa de H2-
O2, se produce una explosión violenta.
3. El catalizador no inicia la reacción: sólo acelera
una reacción que se producía lentamente.
Aumentan la velocidad de reacción de 10 a 1012
veces.La mezcla H2-O2 en la ausencia de catalizador no es un equilibrio.
Propiedades de los catalizadores
![Page 6: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/6.jpg)
4. El catalizador afecta la cinética de la reacción
pero no afecta la termodinámica de la reacción.
Propiedades de los catalizadores
SI NO
k directa ∆G, ∆H y ∆S
k inversa K equilibrio
Energía de activación
![Page 7: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/7.jpg)
5. La actividad, selectividad y estabilidad son
las propiedades típicas de un catalizador .
Propiedades de los catalizadores
Envenenamiento: adsorción de impurezas
Estabilidad Ensuciamiento: deposición de coque
(vida útil) Envejecimiento: temperaturas > reducción
de poros y de área
![Page 8: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/8.jpg)
Tipos de los catalizadores
1. Catalizadores homogéneos
másicos
2. Catalizadores heterogéneos
Soportados
3.Catálisis Enzimática
4.Otras: Fotocatálisis; electrocatálisis
![Page 9: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/9.jpg)
Tipos de los catalizadores
Tipos de sólidos Reacciones Catalizadores
Conductores
Hidrogenación
Deshidrogenación
Reacción (oxidación)
Fe, Ni, Pt, Co, Ag,
Rh, Ru
(semiconductores)
Óxidos y sulfuros
Oxidación
Deshidrogenación
Desulfuración
(hidrogenación)
NiO, ZnO, MnO2,
Cr2,O3,
Bi2O3-MoO3 WS2,
MoS2
(aislantes)
ÓxidosDeshidratación Al2O3, SiO2, MgO
Ácidos
Isomerización
polimerización
Craqueo alquilación
H3PO4, H2SO4 SiO2 -
AL2O3
zeolitas
![Page 10: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/10.jpg)
Componentes de un catalizador
1. Agente activo
2. Soporte
Físicos o texturales :estabilizan la
estructura física del sólido (agente activo y
3. Promotor soporte)
Químicos: actividad y selectividad
![Page 11: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/11.jpg)
Características básicas de la catálisis
Cuando la reacción puede seguir mas de un mecanismo , el
catalizador manifiesta cierta selectividad favoreciendo uno
sobre otros.
La velocidad de reacción es proporcional a la concentración
del catalizador.
En una reacción reversible, el catalizador acelera la
reacción inversa al igual que la directa.
En una reacción autocatalítica , debe estar presente una
cantidad pequeña del producto para iniciar la reacción.
![Page 12: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/12.jpg)
Mecanismo de reacción de catalizadores
S + C SC
SC → P + C
S= sustrato ; P=producto ;SC= intermediario
C=catalizador
El mismo catalizador acelera las dos reacciones sin
modificar el equilibrio
k1cat > k1
k2cat > k2
K1
K-1
![Page 13: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/13.jpg)
Mecanismo de reacción de catalizadores
d[P] = = k2[SC] (1)
dtd[SC] = 0 = k1[S][C] – k-1[SC]- k2[SC] = 0
dt
Dividiendo en K1 para agrupar términos:
K1 [S][C] – k-1[SC]- k2[SC] = 0
K1 k1 k1
[S][C] – k-1[SC]- k2[SC] = 0
k1 k1
[S][C] – [SC] K-1 + k2 = 0 ; Km = K-1 + K2
k1 k1 k1
![Page 14: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/14.jpg)
Mecanismo de reacción de catalizadores
[SC] = [S][C] (2); sustituyendo (2) en (1)
km
= K2 [S][C] (3) [C]
km
Sabiendo que: [S]0 =[S] +[SC] + [P] [S]=[S]0 -[SC] - [P] (4)
[C]0 =[C] +[SC] [C]=[C]0 -[SC] (5)
Sustituyendo (4) y(5) en (2)
[SC]= . [S]0 [C]0 (6), sustituyendo(6) en (1)
[S]0 +[C]0 +Km
= . k2 [S]0 [C]0 (6), ¿Como resolver?
[S]0 +[C]0 +Km
![Page 15: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/15.jpg)
Mecanismo de reacción de catalizadores
Primer caso:[C]0 >>> [S]0 = k2[C]0 (primer orden)
Segundo caso:[C]0 <<<[S]0 = [S]0.[C]0 (segundo orden)
[C]0 + Km
![Page 16: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/16.jpg)
![Page 17: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/17.jpg)
El concepto de energía de
activación esta asociado al
concepto de complejo activado
En reacciones catalizadas, la
formación del complejo activado
requiere menos energía
Mecanismo de reacción de los catalizadores (2)
![Page 18: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/18.jpg)
El mecanismo de acción de los
catalizadores consiste en la
disminución de la energía de
activación
En una reacción reversible, las
energías de activación directa e
inversa están disminuidas y las
velocidades directa e inversa
están igualmente aumentadas.
Mecanismo de reacción de los catalizadores (3)
![Page 19: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/19.jpg)
Ecuación de Arrhenius
k = A . e–Ea/RT
ln k = ln A – Ea/RT
Pendiente = – Ea/R
Mecanismo de reacción de los catalizadores (4)
![Page 20: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/20.jpg)
Con catalizador
Sin catalizador
Mecanismo de reacción de los catalizadores (5)
![Page 21: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/21.jpg)
Ecinética > Ea = hay reacción Ecinética < Ea = no hay reacción
Mecanismo de reacción de los catalizadores (6)
![Page 22: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/22.jpg)
Tipos de catálisis
• Existen varios tipos de catálisis:
• Catálisis homogénea
• Catálisis heterogénea
• Fotocatálisis (heterogénea, absorción de luz).
• Electrocatálisis
• Catálisis bi o multifásica
![Page 23: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/23.jpg)
Tipos de catálisis
• Catálisis homogénea. El catalizador está en la misma fase que la mezcla de reacción. Por ejemplo, un ácido en una solución, o un gas en una mezcla gaseosa.
![Page 24: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/24.jpg)
![Page 25: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/25.jpg)
Catalizadores homogéneos
Fase Ejemplos
Liquida Hidrólisis de esteres
por ácidos
Gaseosa Oxidación de SO2 por NO2
Sólida Descomposición de KClO3 por el
MnO2
![Page 26: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/26.jpg)
Catálisis homogénea
Catálisis en solución
Catálisis ácida
Catálisis básica
Catálisis en fase gaseosa
Autocatálisis
Reacciones oscilantes
Catálisis enzimática (enzimología, biocatálisis).
![Page 27: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/27.jpg)
Catálisis en solución
Descomposición del H2O2
2 H2O2(aq) 2 H2O(aq) + O2(g)
(reacción global)
H3O+ + H2O2 H3O2
+ + H2O
H3O2+ + Br– HOBr + H2O
HOBr + H2O2 H3O+ + O2 + Br–
![Page 28: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/28.jpg)
Catálisis en solución
Descomposición del H2O2
![Page 29: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/29.jpg)
Catálisis ácida
Catálisis por H+
Transferencia deun ion hidrogeno al sustrato
X + HA → HX- + A, luego HX- reacciona
Hidrólisis de la sacarosa (TP 5)
C12H22O11 + H2O + H+ → C12H12O6 + C12H12O6 + H+
Sacarosa Glucosa Fructosa
V = k [Sacarosa][H+]
Hidrólisis de los ésteres
C4H8O2 + H2O + H+ → C2H5OH + C2H4O2 + H+
Acetato de etilo Etanol Acido acético
V = k [Acetato de etilo][H+]
![Page 30: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/30.jpg)
Mecanismo de una reacción de
Catálisis ácida
H= Sustrato S + AH+ SH+ + A
S= Sustrato SH+ + H2O → P + H3O+
Aplicando el edo. estacionario
d(SH+)= 0 → K1(S)(AH+) – [ K-1(A)+ K2] (SH+)
dt
Resolviendo la ecuación anterior → d(P)= K1(S)(AH+)
dt K-1(A) + K2
Si K2<<K-1(A) → d(P)= K1K2(S)(AH+) = k1k2(S)(H+)
dt K-1(A) k-1(A)
k1
K-1
k2
![Page 31: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/31.jpg)
Transferencia deun atomo de hidrogeno del sustrato a la
base
HX + B → BH- + X , luego X reacciona
Hidrólisis de compuestos nitrogenados (con grupo =NH)
NH2NO2 + HO– →H2O + [NHNO2–] → N2O + HO–
Nitramina Gas hilarante
Las bases de Bronsted (moléculas que pueden
recibir un H+) catalizan este tipo de reacciones.
Por ejemplo, los aniones propionato, acetato,
fenil-acetato, benzoato, etc.
Catálisis básica
Catálisis por OH-
![Page 32: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/32.jpg)
Mecanismo de la Catálisis básica
• H= Sustrato S + AH+ SH+ + A
• S= Sustrato SH+ + A → P + AH+
• Desarrollando la expresion de velocidad se tiene:
• d(P)= K2 (SH+)(A) → d(P) = K1K2(S)(AH+)
• dt dt K-1 + K2
• Este mecanismo conduce a una catálisis acida general ya sea que
• Si K-1<<K2 o K-1 >>K2(A)
k1
K-1
k2
![Page 33: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/33.jpg)
pH
ln k
Hidrólisis de
ésteres
condensación aldólica del
acetaldehído
Inversión de
sacarosa
Mutarrotación de la
glucosa
Catálisis ácida y básica
La hidrólisis de esteres es catalizada por H3O+ y OH- pero no por
otros ácidos o bases
![Page 34: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/34.jpg)
Catálisis en fase gaseosaEfecto del Br2 sobre la descomposición del ozono
2 O3 3 O2
Br2 Br. + Br.
Br. + O3 BrO. + O2
BrO. + O3 Br. + O2 + O2
Br. + O3 BrO3
Efecto del NO2 sobre la oxidación del CO
CO + ½ O2 CO2
CO + NO2 CO2 + NO
NO + ½ O2 NO2
![Page 35: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/35.jpg)
Química atmosféricaDestrucción del O3 por átomos de Cl
1. Formación de ozono:
O2 + hv (240 nm) → 2 O.
O2 + O. → O3
2. Absorción de luz UV por el ozono
O3 + hv (280-290 nm) → O2 + O.
![Page 36: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/36.jpg)
Química atmosféricaDestrucción del O3 por átomos de Cl
![Page 37: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/37.jpg)
3. Formación de Cl atómico
CFCl3 + hv (260 nm) → CFCl. + Cl.
4. Destrucción de O3 por Cl
O3 + Cl. → O2 + ClO.
ClO. + O. → O2 + Cl.
Química atmosféricaDestrucción del O3 por átomos de Cl
![Page 38: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/38.jpg)
O3 + Cl• → O2 + ClO•
ClO• + O• → O2 + Cl•
O3 + O• → 2 O2
Se calcula que un átomo de Cl destruye
500 moléculas de ozono en las
condiciones de la estratósfera/mesófera
Las emisiones de CFC han disminuido y la
capa de ozono parece estabilizada
Química atmosféricaDestrucción del O3 por átomos de Cl
![Page 39: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/39.jpg)
Autocatálisis
Catálisis de una reacción por alguno de sus productos, de manera que la
velocidad aumenta con la formación de producto
Ejemplo
Reacción del ácido oxálico con permanganato en medio
ácido
Autocatalizador = Mn2+
Los compuestos autocatalíticos no son catalizadores en sentido estricto
ya que su estructura química resulta alterada durante el proceso. No
obstante el compuesto no se destruye pudiendo mantener sus
propiedades autocatalíticas.
![Page 40: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/40.jpg)
Autocatálisis
10-3 M Mn2+
10-4 M Mn2+
10-5 M Mn2+
![Page 41: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/41.jpg)
Reacciones Oscilantes
Consecuencia de la autocatálisis
Ejemplo
Reacción de Belousov-Zhabotinski
3 CH2(COOH)2 + 4 BrO3- 4 Br- + 9 CO2 + 6 H2O
Ejemplos de interés biológico
Ritmo de latidos cardíacos
Ciclo glucolítico
Las concentraciones de reactivos, intermediarios y
productos varían periódicamente, en forma espacial o
temporal
![Page 42: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/42.jpg)
Reacciones Oscilantes
![Page 43: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/43.jpg)
Catálisis Enzimática
En biología, los catalizadores más importantes son las enzimas,
biomoléculas responsables de regular la velocidad de un gran
número de reacciones en los seres vivos, incluyendo todo el
metabolismo.
![Page 44: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/44.jpg)
Catálisis Enzimática
+=
Proteínas
Grasas
Azucares simples
+
Comida + Enzimas = Moléculas pequeñas + Enzimas
![Page 45: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/45.jpg)
Catálisis heterogénea. El catalizador está en una
fase distinta de la mezcla de reacción. Por
ejemplo, un catalizador metálico (sólido) en una
mezcla gaseosa
![Page 46: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/46.jpg)
Pasos elementales de la reacción catalítica heterogénea
![Page 47: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/47.jpg)
Pasos elementales de la reacción catalítica heterogénea
1) Difusión de reactivos hasta lasuperficie del catalizador.
2) Difusión de los reactivos dentrodel poro.
3) Adsorción de reactivos en lasuperficie del poro.
4) Reacción química en el sitioactivo.
5) Desorción del producto del sitioactivo.
6) Difusión de los productos fueradel poro.
7) Difusión de los productos fuerade la superficie del catalizador.
GAS
1
2,6
7
3,4,5
CATALIZADOR
![Page 48: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/48.jpg)
En los procesos catalíticos heterogéneos, los
reaccionantes se adsorben sobre determinados
sitios del catalizador, denominados sitios activos,
para dar compuestos intermediarios adsorbidos que
luego se descomponen en productos.
![Page 49: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/49.jpg)
¿Qué es el ciclo catalítico?
Acción catalítica: secuencia de etapas elementales.
Actividad y selectividad: TOF.
Rendimiento: análisis microcinético.
Etapas del ciclo catalítico: difusión (reaccionantes), adsorción,
reacción, desorción, difusión (productos).
![Page 50: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/50.jpg)
![Page 51: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/51.jpg)
Catalizadores Reactantes/productos Ejemplos
Liquido gas Polimerización de olefinas
por ácidos
Liquido Sólido Hidrogenación de carbón
con complejos metálicos
Sólido liquido Metátesis de ciclohexeno
con paladio
Sólido gas Oxidación de monóxido
de carbono con ZnO
Sólido Gas-Liquido Hidrogenación de benceno
con Ni
Catalizadores heterogéneos
![Page 52: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/52.jpg)
CATÁLISIS HETEROGÉNEA
Fenómeno químico propiedades químicas superficie
catalizador
Fe, Ni, Pt, Pd, Agreacciones con H--Hidrocarburos
(Hidrogenación, deshidrogenación, hidrólisis)
NiO, ZnO, MnO2 Oxidación, Fácil reacción con O2
ZnO+H2 Zn + H2O
Sulfurosmoléculas con S
NiO + H2S NiS + H2O
![Page 53: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/53.jpg)
CATÁLISIS HETEROGÉNEA
Al2O3, SiO2, MgO no oxidación, deshidratación interaccionan
con el agua
Interacción química catalizador y reactivos-productos
Adsorción
Energía libre superficial
Adsorción química-quimisorción
![Page 54: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/54.jpg)
![Page 55: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/55.jpg)
Relación matemática: --Presión
A + S A-SAdsorción (ka)
Desorción (kd)
Velocidad adsorción: Vads= ka [A] [S]
Velocidad desorción: Vdes= kd [A-S]
[A] = PA equilibrio; [S] = n (1- )
[A-S]= n
Equilibrio: ka PA n (1- ) = kd n
Superficie “n sitios”
A: reactivo
S: sitio superficie
A-S: reactivo adsorbido
Concentración de sitios vacíos
Concentración de sitios ocupados
![Page 56: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/56.jpg)
Fotocatálisis
La Fotocatálisis es la aceleración de un proceso
de oxidación que existe en la naturaleza (el
principio Foto catalítico) en la cual una
substancia utiliza la luz ultravioleta creando una
reacción química, resultando así en la
descomposición de contaminantes orgánicos e
inorgánicos, impidiendo así su acumulación.
![Page 57: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/57.jpg)
Electrocatálisis
En la catálisis heterogénea, el catalizador actúa como un
lugar de encuentro para los reactivos y promueve su unión.
El electrodo actúa como sitio o sustrato para la reacción
electródica. Un electrodo es un catalizador de las
reacciones de transferencia de carga o electrocatalizador,
participa de la reacción aportando sitios para la adsorción
de intermediarios.
![Page 58: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/58.jpg)
Catálisis Bifásica
Se basa en el uso de dos disolventes no miscibles, de forma
que el sistema catalítico queda atrapado en una de las dos fases
y los reactivos y productos quedan atrapados en la otra. La fase
donde queda retenido el catalizador puede ser una fase
orgánica polar, una fase acuosa, fluorada o un líquido iónico.
Ambas fases son inmiscibles, por lo que la reacción se produce
en la interfase o dentro de la fase catalítica. Las dos fases se
pueden separar fácilmente por decantación permitiendo una
fácil separación del producto deseado y el reciclado del
catalizador.
Las reacciones catalíticas bifásicas son ampliamente usadas
para las síntesis catalíticas de productos orgánicos.
![Page 59: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/59.jpg)
Catálisis Heterogénea vs Catálisis homogénea
![Page 60: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/60.jpg)
APLICACIONES INDUSTRIALES-contaminación ambiental
Catalizadores sólidos:
Fase activa: Pt, Pd, CoS, MoS
Soporte: amorfos (SiO2, carbón) cristalinos (zeolita)
Promotor: Potasio, alúmina
Control de emisión en escapes de automóviles
CO, NOx, HC relación aire/combustible
• Catalizador de oxidación (CO, HC)
• Catalizador de reducción (NOx)
![Page 61: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/61.jpg)
Eliminación de NOx en gases de combustión
APLICACIONES INDUSTRIALES-contaminación ambiental
NO y NO2 Central térmica, Fabricación de HNO3,
Reducción catalítica selectiva (SCR) con NH3 .
Soporte: V2O5. Mejora p. mecánicas y térmicas
4 NO + 4 NH3 + O2 4 N2 + 6 H2O
6 NO2 + 8 NH3 + O2 7 N2 + 12 H2O
NO + NO2 + 2 NH3 2 N2 + 3 H2O
![Page 62: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/62.jpg)
APLICACIONES INDUSTRIALES-contaminación ambiental
Bomba de aire
Máquina
A/C
Catalizador
reducción (Rh, Ru)
NOxN2
Catalizador
oxidación (Pt,
Pd)
HC
CO
CO2 + H2O
Convertidor catalítico
contaminantes usuales provenientes de los escapes de los
automóviles son el monóxido de carbono (CO), los óxidos de
nitrógeno (NOx) y los hidrocarburos (HC)
(1969):
![Page 63: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/63.jpg)
APLICACIONES INDUSTRIALES-contaminación ambiental
Este tipo de convertidor dio lugar a diferentes problemas por lo que se
diseñó un convertidor catalítico único (tres funciones catalíticas en un
solo catalizador). Las tres reacciones que se llevan a cabo son:
NO reducción N2
CO oxidación CO2 + H2O
HC oxidación CO2 + H2O
un catalizador compuesto, los más populares son: Pt - Rh y Pt - Pd -
Rh
![Page 64: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/64.jpg)
APLICACIONES INDUSTRIALES-contaminación ambiental
sensor de O2 : permite ajustar continuamente la mezcla
aire/gasolina y mantener el valor muy cercano al estequiométrico.
La máquina debe trabajar con una relación aire/combustible
muy cercana al valor estequiométrico de A/F = 14.5
Es absolutamente indispensable que la gasolina utilizada esté
libre de plomo
Permite abatir la concentración de uno de los contaminantes más
críticos, como es el NOx.
![Page 65: catalisis](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022042718/563dbaf4550346aa9aa909cb/html5/thumbnails/65.jpg)
Bibliografía
Química Física, P Atkins, Ed. Omega, 1998, Cap. 26
Cinética de reacciones complejas
26.6 Catálisis homogénea
26.7 Autocatálisis
26.8 Reacciones oscilantes (introducción)
Fisicoquímica, DW Ball, Ed. Thomson, 2004, Cap. 20
Cinética
20.9 Reacciones en cadena y oscilantes
Fundamentos de Cinética Química, SR Logan, Ed. Addison Wesley, 2000, Cap.9