TICS 2 - 2019

CATALIZADOR

ROSA MARÍA DUEÑAS DE LA CRUZ
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Substancia capaz de favorecer o acelerar una reacción química sin intervenir directamente en ella; al final de la reacción el catalizador permanece inalterado. Los catalizadores más usados son los constituidos por platino, paladio y vanadio o por óxidos de cobre y de níquel. La substancia catalizadora necesita un soporte, constituido generalmente por materias inertes. Se hace mucho uso de los catalizadores en el campo de las pinturas acrílicas y de los plásticos, para acelerar el proceso de polimerización, o en los silenciadores denominados precisamente catalíticos, para reducir la contaminación. El empleo de un catalizador en una pintura permite su endurecimiento en poco tiempo, pero exige también una técnica especial de pulverización.

 El convertidor catalítico de los automóviles y más conocido como catalizador es un dispositivo instalado en la salida del múltiple de escape. Dentro de una carcasa de acero inoxidable se alojan miles de celdas catalíticas por donde circulan los gases de escape. Estas celdas son sumamente delgadas y dispuestas de tal forma que conforman una superficie de contacto con el gas equivalente a tres canchas de fútbol. Las celdas conforman una colmena cerámica recubierta por una capa amortiguadora que la protege de los golpes.

La formulación incluye una serie de sustancias activas como óxido de aluminio, metales nobles (que hacen las veces de catalizadores sólidos): Platino, Rodio, Paladio y promotores y retardadores específicos que regulan la acción catalítica de los mismos.

Los Catalizadores de tres vías, llamados así porque actúan eliminando los tres contaminantes principales en el mismo compartimento mediante acciones de oxidación y reducción, transformando a los mismos en compuestos no tóxicos: nitrógeno, agua y dióxido de carbono.

La proporción entre la cantidad de aire y combustible que se introduce en la cámara se ajustará a límites establecidos 14,5/1 (Limite Lambda:1). Los motores con mezclas pobres de lambda mayor a 1 son más económicos, pero emiten mucha mayor concentración de N2O3. Los niveles ricos (lambda menor a 1) emiten más hidrocarburos incombustos y CO (monóxido de carbono, una de las sustancias más tóxicas).

La temperatura debe ser mayor a 250º C para que se produzca la catálisis y el dispositivo sea efectivo. Se diseña al catalizador con un calefactor auxiliar para garantizar que la temperatura llegue a ese rango antes de 90 segundos. Con mezcla rica y más de 500º C se remueve el azufre depositado en el interior del dispositivo, produciendo ácido sulfúrico de olor fuerte y desagradable, que a niveles superiores a 10 ppm es muy dañino para la salud. El umbral del mal olor está muy por debajo de esos niveles, así el usuario puede detectar el problema sin arriesgar su salud, y al menor indicio de mal olor llevar su unidad al especialista.

Existen dos tipos de catalizadores, los positivos, y los negativos:

Catalizadores positivos:

Son aquellos que incrementan la velocidad de la reacción. Son quizás los que mayor interés presentan debido a su gran uso.

Catalizadores negativos:

También llamados inhibidores, son aquellos que hacen disminuir la velocidad de reacción. Poseen un interés especial para la industria de los alimentos, donde suelen venir utilizados como aditivos, con la finalidad de impedir el deterioro precoz o que las reacciones alteren el producto alimentario.

Los catalizadores en las reacciones intervienen en pasos intermedios, pero al final se ven inalterados por lo cual, no se cuentan como reactivos ni tampoco como productos, en cuanto a la estequiometria de la reacción se refiere

Los catalizadores dan un paso o una variación del camino a seguir en una reacción, la cual necesita una menor energía de activación que el proceso normal.

De este modo, si nos basamos en la ecuación de Arrhenius en igualdad de temperatura, y con concentraciones que sean constantes, si la energía de activación se ve disminuida, la velocidad de la reacción crecerá.

K= Ae –Ea/RT

Al Ea (energía de activación) disminuir → Ea/RT disminuye también, pero – Ea/RT aumentará; e-Ea/RT aumenta, por lo tanto aumenta también la K , lo que implica que la velocidad de la reacción crece.

La contante de velocidad Kc, se conoce como constante de velocidad catalítica. El catalizador no varía las variables termodinámicas de la reacción, como pueden ser ΔHº o ΔGº; tan sólo decrece el valor de la energía de activación, Ea. Como consecuencia de esto, al verse aumentado el número de moléculas con una energía cinética superior o idéntica a Ea, se verá aumentada la velocidad de reacción.

Existen tres formas importantes de acción de los catalizadores en las reacciones de tipo químico, y son: la catálisis homogénea, la catálisis heterogénea y la catálisis enzimática.

Catálisis homogénea:

Se dice que un catalizador es homogéneo cuando se encuentra en igualdad de fase que los reactivos. Cuando hablamos de reacciones gaseosas, el catalizador de tipo homogéneo deberá ser también un gas, y si se tratase de reacciones entre líquidos, el catalizador sería un líquido también, o en su defecto un sólido en disolución.

Catálisis heterogénea:

Decimos que un catalizador es heterogéneo, o también llamado de contacto, cuando éste no se encuentra en la misma fase que los reactivos. Este tipo de catalizadores suelen encontrarse en estado sólido, y actúan en reacciones entre gases y líquidos. Son altamente utilizados en la industria química, con la finalidad de producir infinidad de productos. Podemos destacar entre las reacciones donde participan, la síntesis del amoníaco o del SO3, así como la hidrogenación de las grasas, entre muchos otros procesos.

Catálisis enzimática:

En este tipo de catálisis, quienes actúan son las enzimas; proteínas con el papel de catalizador en reacciones de tipo bioquímico. Son numerosas en el metabolismo de los seres vivos. Este tipo de catalizadores biológicos, son destacables por su alta eficacia, pues puede verse multiplicada la velocidad de una reacción hasta en unas 1012, y especificidad, pues cada una de las enzimas se usa para catalizar un tipo de reacción bioquímica concreta.