Catálise é definido como aumentando o taxa de uma reação química introduzindo um catalisador. Um catalisador, por sua vez, é uma substância que não é consumida pelo reação química, mas atua para diminuir sua energia de ativação. Em outras palavras, um catalisador é tanto um reagente e produtos de uma reação química. Normalmente, apenas uma quantidade muito pequena de catalisador é necessária para catalisar uma reação.
A unidade SI para catálise é o katal. Esta é uma unidade derivada que é moles por segundo. Quando as enzimas catalisam uma reação, a unidade preferida é a unidade enzimática. A eficácia de um catalisador pode ser expressa usando o número de rotatividade (TON) ou a frequência de rotatividade (TOF), que é TON por unidade de tempo.
A catálise é um processo vital na indústria química. Estima-se que 90% dos produtos químicos produzidos comercialmente sejam sintetizados por processo catalítico.
Às vezes, o termo "catálise" é usado para se referir a uma reação na qual uma substância é consumida (por exemplo, hidrólise do éster catalisado por base). De acordo com
IUPAC, esse é um uso incorreto do termo. Nesta situação, a substância adicionada à reação deve ser chamada de ativador ao invés de um catalisador.Principais tópicos: O que é a catálise?
- A catálise é o processo de aumentar a taxa de uma reação química adicionando um catalisador a ela.
- O catalisador é um reagente e um produto na reação, portanto não é consumido.
- A catálise funciona diminuindo a energia de ativação da reação, tornando-a mais termodinamicamente favorável.
- A catálise é importante! Cerca de 90% dos produtos químicos comerciais são preparados usando catalisadores.
Como funciona a catálise
Um catalisador oferece um estado de transição diferente para uma reação química, com uma energia de ativação menor. As colisões entre moléculas de reagente são mais prováveis de atingir a energia necessária para formar produtos do que sem a presença do catalisador. Em alguns casos, um efeito da catálise é diminuir a temperatura na qual uma reação será processada.
A catálise não altera o equilíbrio químico porque afeta a taxa de reação direta e reversa. Não altera a constante de equilíbrio. Da mesma forma, o rendimento teórico de uma reação não é afetado.
Exemplos de catalisadores
Uma grande variedade de produtos químicos pode ser usada como catalisador. Para reações químicas que envolvem água, como hidrólise e desidratação, os ácidos de prótons são comumente usados. Os sólidos utilizados como catalisadores incluem zeólitos, alumina, carbono grafítico e nanopartículas. Metais de transição (por exemplo, níquel) são mais frequentemente usados para catalisar reações redox. As reações de síntese orgânica podem ser catalisadas usando metais nobres ou "metais de transição tardia", como platina, ouro, paládio, irídio, rutênio ou ródio.
Tipos de catalisadores
As duas principais categorias de catalisadores são catalisadores heterogêneos e catalisadores homogêneos. As enzimas ou biocatalisadores podem ser vistos como um grupo separado ou como pertencendo a um dos dois grupos principais.
Catalisadores heterogêneos são aqueles que existem em uma fase diferente da reação que está sendo catalisada. Por exemplo, catalisadores sólidos que catalisam uma reação em uma mistura de líquidos e / ou gases são catalisadores heterogêneos. A área superficial é fundamental para o funcionamento desse tipo de catalisador.
Catalisadores homogêneos existem na mesma fase que os reagentes na reação química. Catalisadores organometálicos são um tipo de catalisador homogêneo.
Enzimas são catalisadores à base de proteínas. Eles são um tipo de biocatalisador. Enzimas solúveis são catalisadores homogêneos, enquanto enzimas ligadas à membrana são catalisadores heterogêneos. A biocatálise é usada para a síntese comercial de acrilamida e xarope de milho com alto teor de frutose.
Termos relacionados
Pré-catalisadores são substâncias que se convertem em catalisadores durante uma reação química. Pode haver um período de indução enquanto os pré-catalisadores são ativados para se tornarem catalisadores.
Co-catalisadores e promotores são nomes dados a espécies químicas que auxiliam na atividade catalítica. Quando essas substâncias são usadas, o processo é denominado catálise cooperativa.
Fontes
- IUPAC (1997). Compêndio de Terminologia Química (2ª ed.) (O "Livro Dourado"). doi:10.1351 / goldbook. C00876
- Knözinger, Helmut e Kochloefl, Karl (2002). "Catálise heterogênea e catalisadores sólidos" em Enciclopédia de Química Industrial de Ullmann. Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002 / 14356007.a05_313
- Laidler, K.J. e Meiser, J. H. (1982). Química Física. Benjamin / Cummings. ISBN 0-618-12341-5.
- Masel, Richard I. (2001). Cinética Química e Catálise. Wiley-Interscience, Nova Iorque. ISBN 0-471-24197-0.
- Os dados foram coletados por meio de entrevistas semiestruturadas e entrevistas semi-estruturadas, com o objetivo de avaliar o desempenho dos participantes. "Observação de todas as etapas intermediárias de uma reação química em uma superfície de óxido por microscopia de varredura por túnel". ACS Nano. 3 (3): 517–26. doi:10.1021 / nn8008245