Catálisis heterogénea

Catálisis heterogénea
Algunas de las reacciones de catálisis más importantes a nivel industrial se llevan a cabo de manera heterogénea.
Una catálisis heterogénea es aquella en la que el catalizador se encuentra en una fase diferente de los reactivos. Generalmente los catalizadores se encuentran en fase SOLIDA apoyando las reacciones en fase gaseosa y en fase acuosa.
La catálisis heterogénea ocurre probablemente mediante la adsorción química de los reactantes en la superficie del catalizador.
La adsorción es una atracción de las moléculas de reactivos a la superficie del catalizador mediante interacciones moleculares débiles.  

CH-01. La catálisis heterogénea no emplea al catalizador como una partícula, por lo cual no existe probabilidad al azar de que esté en algún punto del espacio cualquiera, estos catalizadores están fijos y con frecuencia atraen a sus sustratos, por lo que mucho del factor aleatorio que caracteriza a la catálisis homogénea se borra del mapa.

Sin embargo existe otro tipo de vinculación entre catalizadores y especies químicas. Este nuevo método se denomina quemisorción, la cual consiste en el vínculo entre la superficie del catalizador y los reactivos mediante enlaces químicos fuertes. Estos enlaces fuertes pueden generar estrés en los enlaces internos de las especies químicas reactantes y producir el rompimiento, es decir su reacción química.
Un ejemplo de catálisis heterogénea que involucre la quemisorción es proveída por una de las propiedades químicas más típicas de los alquenos y es la hidrogenación catalítica. Visto en términos generales, la hidrogenación catalítica involucra a un alqueno el cual es reducido mediante la adición de dos átomos de hidrógeno. Sin embargo como todas las reacciones en los que el proceso principal es de reducción, no se da naturalmente debido a problemas termodinámicos.
Como ya se ha hablado el principal problema termodinámico aquí es la alta energía de activación, pero que este problema puede ser omitido mediante el uso de catalizadores, en este caso específico superficies de metales como el platino o el paladio.
El proceso es bastante simple, las moléculas de los reactivos son atraídas por la superficie metálica, allí el doble enlace es alterado, recordemos que el enlace doble se caracteriza porque uno de los enlaces es más estable que el otro. El enlace pi de carbono a carbono se rompe, lo cual causa que cada carbono se  enlazase literalmente a la superficie del metal, posteriormente la molécula de hidrógeno molecular que también se rompe por la acción de la superficie del metal en dos átomos de hidrógeno son atraídos a la molécula de eteno y se generan los nuevos enlaces para sintetizar etano. A diferencia del eteno el etano no es afectado por la superficie del catalizador.  

Figura CH-01. Los tubos de escape de muchos automóviles modernos emplean un filtro en el tubo de escape que convierte ciertas especies químicas con poderosos efectos de invernadero en especies químicas menos tóxicas o inocuas.

Los catalizadores heterogéneos o de contacto so mucho más eficientes que los catalizadores en solución. Esto no es un fenómeno aislado pues en el mundo biológico donde los catalizadores son omnipresentes también se da ese detalle, un catalizador biológico es más eficiente cuando está anclado a una superficie que cuando está disuelto.
En uno de los artículos al inicio de este tema se habló que uno de los primeros catalizadores para la síntesis de ácido sulfúrico era el monóxido de nitrógeno, sin embargo actualmente se emplean catalizadores de contacto como el platino metálico o el pentóxido de divanadio sólido.
Reacciones de catálisis heterogénea también pueden ser empleadas como filtros de los tubos de escape, se utiliza un filtro con un material que catalice una reacción de la fase gaseosa para sintetizar productos químicos ya sea menos contaminantes, por ejemplo el monóxido de carbono y el monóxido de nitrógeno son mucho más tóxicos para la atmosfera que el dióxido de carbono y el nitrógeno gaseoso, por esta razón se han creado filtros que catalizan la desintegración de los primeros para formar los segundos.
La catálisis heterogénea también se ha convertido en uno de los campos de investigación mas importantes con respecto al problema del origen de la vida, sin embargo aun falta mucha investigación al respecto. Se debe recordar que los límites del conocimiento químico están enmarcados por el modo en que hacemos nuestras experiencias de laboratorio, donde tendemos a emplear  sustancias en fase líquida o gaseosa, pero raras veces analizamos las interacciones entre mezclas no-puras. La geología del planeta tiene una interminable gama de materiales sólidos que pueden actuar como catalizadores heterogéneos, y poder describir todas esas interacciones es una de las tareas pendientes de la química y la geología con respecto al origen de la vida. PRINCIPAL
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