CATALISIS HETEROGENEA

CATALISIS HETEROGENEACINETICA QUIMICA Y CATALISIS

INTRODUCCIONPara que una reaccin qumica tenga lugar se debe superar el valor de la energa de activacin. Una vez vencida esa barrera el sistema evoluciona de forma tal que llegar al estado final de la reaccin. La velocidad de reaccin podra incrementarse de dos maneras: aumentando la concentracin del "complejo activado" o eventualmente disminuyendo la energa de activacin. Este ltimo mecanismo es el que se pone de manifiesto cuando se emplea determinadas sustancias llamadas catalizadores. Estas sustancias aceleran las reacciones qumicas disminuyendo la energa libre de activacinHISTORIA

La frase procesos catalizados fue acuada porJns Jakob Berzeliusen 1836 para describir las reacciones que son acelerados por sustancias que permanecen sin cambios despus de la reaccinOtro de los primeros qumicos involucrados en la catlisis fue Alexander Mitscherlich quien se refiri a los procesos de contacto

Johann Wolfgang Dbereiner que habl de accin de contacto y cuya encendedor basado en hidrgeno y una esponje de platino se convirti en un gran xito comercial en la dcada de 1820.

Humphry Davy descubri el uso de platino en la catlisis. En la dcada de 1880

Wilhelm Ostwald encontr que las reacciones qumicas ocurren a una velocidad finita y que estas velocidades pueden utilizarse para determinar la fuerza de cidos y bases. Por este trabajo, fue galardonado en 1909 con el Premio Nobel de Qumica.

DEFINICION

3.1 CATALISIS.-fenmeno que transcurre cuando en la composicin del complejo activado de alguna de las etapas en que se lleva a cabo la reaccin participa una sustancia que no toma parte estequiomtrica del proceso total3.2 CATALISIS HETEROGENEA.-Es un trmino qumico que describe la catlisis cuando el catalizador est en una fase diferente (es decir slido, lquido y gas, pero tambin aceite y agua) a los reactivos

4.- CARACTERISTICAS DE LA CATALISIS HETEROGNEA

la reaccin tiene lugar en presencia de catalizadores slidos, mientras que reactivos y productos se encuentran en fase lquida o gaseosa.Los catalizadores metlicos ms usuales son Fe, Co, Ni, Pt, Cr, Mn, W, Ag y Cu .Puesto que la catlisis tiene lugar sobre la superficie del catalizador, para aumentar esta superficie, se utiliza el catalizador finamente dividido, a menudo extendido sobre la superficie de un soporte poroso (o propagador). Los soportes ms comunes son gel de slice (SiO2), almina (Al2O3), carbono (en forma de carbn activo) y tierra de diatomeas. Los venenos catalticos contienen compuestos de S, N y P con pares solitarios de electrones (p. ej. H2S, CS2, HCN, PH3, CO) y algunos metales (p. ej. Hg, Pb, As).

5.- MECANISMOS DE REACCIONES HETEROGENEAS

El mecanismo de la catlisis heterognea es distinto al de la homognea. As, en reacciones en fase fluida catalizada por slidos se consideran cinco etapas elementales :

difusin de los reactivos hacia la superficie. quimiadsorcin de al menos uno de los reactivos sobre la superficie. reaccin qumica entre los reactivos adsorbidos (adsorbatos) o entre un reactivo adsorbido y molculas en fase fluida que chocan contra la superficie. desorcin de los productos de reaccin de la superficie. difusin de los productos hacia la fase fluida.

FIGURA 1: Reacciones sin catalizador y con catalizador

6.- ETAPAS EN UNA REACCIN DE CATALISIS HETEROGENEA

Un esquema de la magnitud de los tamaos de un reactor empacado y de la partcula cataltica se muestra en la Figura 2.

El proceso global de una reaccin heterognea procede a travs de una serie de etapas representadas en la Figura 3:

Transporte de reactivos hasta desde el fluido a la superficie externa del catalizador .Difusin de los reactivos desde la boca del poro a la vecindad de la superficie cataltica. Adsorcin de los reactivos sobre el catalizador. Reaccin sobre la superficie cataltica. Desorcin de los productos de reaccin.Difusin de los productos desde el interior de los poros a la superficie externa. Transporte de los productos hacia el seno del gas.

6.1.- ADSORCIN.-

El fenmeno cataltico heterogneo requiere de la adsorcin qumica en la superficie del catalizador de al menos uno de los reactivos. Dado que la reaccin se lleva a cabo en la superficie del catalizador, el conocimiento de la cantidad de molculas adsorbidas en esta superficie reviste gran importancia.La adsorcin de un reactivo A sobre un sitio S puede representarse:A + S A SDonde AS representa una nueva especie A adsorbida

rads = kA PCOCv kACCOS (3)

6.2.- REACCIN SUPERFICIAL.-Despus de que un reactivo se adsorbe sobre la superficie, la reaccin hacia los productos puede darse de diferentes maneras.Sitio nico: solo un sitio activo est involucrado en la reaccin.

Sitio dual: en este caso el reactivo interacta con otro sitio para formar el producto.

Eley-Rideal. Un tercer mecanismo posible para la reaccin surge de la interaccin entre una molcula adsorbida y una molcula en fase gas., tal como la reaccin entre el propileno y el benceno. En forma genrica.

FIGURA 7: ejemplos de los mecanismos langmuir y eley Rideal6.3.- DESORCIN.-

FIGURA 8: Etapas de la catlisis heterogneaFIGURA 9: reaccin del hidrogeno y el etileno por medio de un catalizador para formar etano.

7.-APLICACIONES DE LA CATALISIS HETEROGENEA

Los productos qumicos sintticos en usa obtencin o uso relacionado con la catlisis: etileno---- cracking de hidrocarburos---cat. heterognea propileno---- cracking de hidrocarburos---cat. heterognea 1,2-dicloroetano ---C2H4 + Cl2---cat. heterognea amoniaco ---C2 + H2---cat. heterognea estireno ----deshidrogenacin de etilbenceno.---cat. heterognea cido ntrico---- oxidacin de amoniaco----cat. heterognea

Estos son usados a menudo en los automviles. Tres reacciones principales estn catalizadas por convertidores catalticos:

Laoxidacindelmonxido de carbonoadixido de carbono.

2CO(g) + O2(g) 2CO2(g)

Lareduccindelmonxido de nitrgenoanitrgeno.

2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g)

Laoxidacinde loshidrocarburosa agua ydixido de carbono. Esto puede ocurrir en cualquierhidrocarburos, sin embargo se realiza principalmente con lagasolinao elDiesel.

2C6H6(g) + 15O2 12CO2(g) +6H2O(l)

7.1.- EJEMPLO.-