Significado de catálisis
ResumenLa catálisis homogénea y la heterogénea se han desarrollado de forma independiente como dos disciplinas distintas. La catálisis homogénea se caracteriza por el uso de compuestos muy activos y bien caracterizados. En cambio, la catálisis heterogénea presenta la ventaja de la fácil separación del catalizador de los productos y puede adaptarse fácilmente a procesos de flujo continuo. En los últimos años, está surgiendo una tendencia en catálisis que tiende un puente entre estos dos campos. Por un lado, algunos de los complejos utilizados en catálisis homogénea son en realidad precursores de nanopartículas que son especies que tradicionalmente han sido objeto de estudio en catálisis heterogénea. Por otro lado, el uso de medios novedosos permite recuperar y reutilizar catalizadores homogéneos, una característica distintiva de la catálisis heterogénea. Además, las potentes técnicas experimentales permiten caracterizar los sitios activos de los sólidos hasta un nivel de detalle mucho mayor. En esta revisión, hemos seleccionado dos tipos de reacción que suscitan gran interés en la actualidad, a saber, la adición enantioselectiva a aldehídos mediante complejos quirales de metalosaleno y el acoplamiento cruzado C-C catalizado por paladio, y los hemos utilizado para ilustrar una serie de estrategias basadas en nuevos conceptos que pueden servir para impartir las ventajas de la catálisis homogénea a la heterogénea y viceversa.
Catálisis homogénea frente a heterogénea
Los catalizadores son compuestos químicos que aumentan la velocidad de una reacción reduciendo la energía de activación necesaria para alcanzar el estado de transición. A diferencia de los reactivos, los catalizadores no se consumen durante el proceso de reacción. El proceso de acelerar una reacción utilizando un catalizador se conoce como catálisis.
Adsorción de eteno en la superficie de un catalizador sólido: El catalizador alinea la molécula de eteno con la de hidrógeno, permitiendo que ambas reaccionen de forma más eficiente que si simplemente estuvieran combinadas en un recipiente y chocaran al azar.
Los catalizadores pueden dividirse en dos tipos, homogéneos o heterogéneos, según la fase de reacción que ocupen. Los catalizadores homogéneos son aquellos que ocupan la misma fase que la mezcla de reacción (normalmente líquido o gas), mientras que los catalizadores heterogéneos ocupan una fase diferente.
Generalmente, los catalizadores heterogéneos son compuestos sólidos que se añaden a mezclas de reacción líquidas o gaseosas. La razón por la que estos catalizadores son capaces de acelerar una reacción tiene que ver con la teoría de colisiones. Recordemos que, según la teoría de colisiones, las moléculas reactivas deben colisionar con la orientación adecuada. Un catalizador actúa esencialmente como un «policía de tráfico», alineando las moléculas de la forma adecuada para que les resulte más fácil combinarse y reaccionar.
Reacción autocatalítica
En esta página se describen los distintos tipos de catalizadores (heterogéneos y homogéneos) con ejemplos de cada uno de ellos y explicaciones sobre su funcionamiento. También encontrará una descripción de un ejemplo de autocatálisis: una reacción catalizada por uno de sus productos.
Los catalizadores pueden dividirse en dos tipos principales: heterogéneos y homogéneos. En una reacción heterogénea, el catalizador se encuentra en una fase distinta a la de los reactivos. En una reacción homogénea, el catalizador se encuentra en la misma fase que los reactivos.
¿Qué es una fase? Si observas una mezcla y puedes ver un límite entre dos de los componentes, esas sustancias están en fases diferentes. Una mezcla que contiene un sólido y un líquido consta de dos fases. Una mezcla de varias sustancias químicas en una única disolución consta de una sola fase, porque no puedes ver ningún límite entre ellas.
Quizá te preguntes por qué el término fase difiere del término estado físico (sólido, líquido o gaseoso). Incluye sólidos, líquidos y gases, pero en realidad es un poco más general. También puede aplicarse a dos líquidos (aceite y agua, por ejemplo) que no se disuelven el uno en el otro. Se puede ver el límite entre los dos líquidos.
Catálisis homogénea
Un catalizador heterogéneo es un catalizador que se encuentra en una fase diferente a la de los reactivos. La forma más común es un sólido que cataliza una reacción de un líquido o un gas que se adsorbe a la superficie. Por ejemplo, la superficie del hierro (un sólido) se utiliza en el proceso Haber para catalizar la formación de amoníaco (NH3).
Una de las principales ventajas de utilizar un catalizador heterogéneo es que puede ser sencillo separarlo de una mezcla de reacción, por ejemplo, mediante filtración. Por lo tanto, los catalizadores caros pueden recuperarse fácil y eficazmente, una consideración importante especialmente para los procesos de fabricación a escala industrial.
Una limitación de la catálisis heterogénea es la disponibilidad de la superficie del catalizador. Cuando la superficie de los catalizadores está completamente saturada de moléculas reactivas (es decir, ya no caben más reactivos en la superficie), el ciclo de reacción no puede continuar hasta que algunas de las moléculas de producto abandonan la superficie permitiendo que se abra espacio de nuevo para nuevas moléculas reactivas. Por este motivo, el paso de adsorción en una reacción catalizada heterogéneamente suele ser el paso que limita la velocidad.