Diferencia entre revisiones de «Catálisis»
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[[Archivo:Hydrogenation on catalyst.png|thumb|Esquema de la [[hidrogenización]] de un doble enlace C=C, catalizada por un metal.]]
La '''catálisis''' es el proceso por el cual la [[velocidad de reacción|velocidad]] de una [[reacción química]] es aumentada o disminuida por medio de una [[sustancia química]] conocida como el '''catalizador'''. A diferencia de otros [[reactivo]]s que participan en la reacción química, un catalizador no es consumido por la reacción misma. El catalizador, por definición, no cambia su [[concentración]], sin embargo, es posible que sí participe en la reacción global, y se habla entonces de una [[reacción autocatalítica]]. Los catalizadores pueden participar en transformaciones químicas múltiples.
Los catalizadores que aumentan la velocidad de la reacción son denominados '''catalizadores positivos'''; mientras que los que disminuyen la velocidad de la reacción son denominados '''inhibidores''' o '''catalizadores negativos'''. A su vez, las sustancias que aumentan la actividad de los catalizadores son denominados '''promotores''', y las que los desactivan son denominados '''venenos catalíticos'''.
Por ejemplo, en la reducción del [[etino]] a [[eteno]], el catalizador [[paladio]] (Pd) es "envenenado" parcialmente con [[acetato de plomo(II)]] (Pb(CH<sub>3</sub>COO)<sub>2</sub>). Sin la desactivación del catalizador, el eteno producido se reducirá posteriormente a [[etano]].<ref>W.P. Jencks, “Catalysis in Chemistry and Enzymology” McGraw-Hill, New York, 1969. ISBN 0070323054</ref><ref>Myron L Bender, Makoto Komiyama, Raymond J Bergeron “The Bioorganic Chemistry of Enzymatic Catalysis” Wiley-Interscience, Hoboken, U.S., 1984 ISBN 0471059919</ref>
==Características==
La característica general de la catálisis es que la reacción catalítica tiene un cambio en [[energía libre de Gibbs|energía libre]] de la [[etapa limitante]] al [[estado de transición]] que la correspondiente reacción no catalizada, resultando en una velocidad de reacción más grande a la misma temperatura. Sin embargo, el origen [[mecanismo de reacción|mecanístico]] de la catálisis es complejo.
Los catalizadores pueden afectar el entorno de reacción favorablemente, por ejemplo los catalizadores ácidos para las reacciones de los compuestos [[carbonilo|carbonílicos]]; formar intermediarios específicos que no son producidos naturalmente, como los [[éster]]es de osmiato en la dihidroxilación de [[alqueno]]s catalizada por [[tetróxido de osmio]]; u ocasionar la lisis de los reactivos a formas activas, tales como el [[hidrógeno]] atómico en la [[hidrogenación]] catalítica.
Cinéticamente, las reacciones catalíticas se comportan como las reacciones químicas típicas, esto es, la velocidad de reacción depende de la frecuencia de contacto de los reactantes en la etapa determinante de la velocidad (ver [[ecuación de Arrhenius]]). Usualmente, el catalizador participa en esta etapa lenta, y las velocidades son limitadas por la cantidad de catalizador. En la [[#catálisis heterogénea|catálisis heterogénea]], la difusión de los reactivos a la superficie de contacto, y la difusión de los productos desde dicha superficie puede ser la etapa determinante. Se aplican eventos análogos asociados a la fijación con el sustrato, y a la disociación del producto en la [[#catálisis homogénea|catálisis homogénea]].
Aunque los catalizadores no son consumidos por la misma reacción, pueden resultar inhibidos, desactivados, o destruidos por procesos secundarios.
==Naturaleza del proceso==
La velocidad de reacción depende de las velocidades de los pasos del mecanismo. La función del catalizador es simplemente proveer un mecanismo adicional (ruta diferente) para ir de reactivos a productos. Este mecanismo de alternativa tiene una energía de activación menor que el mecanismo en ausencia de catalizador; por otra parte, normalmente el '''''Factor de frecuencia A''''' —véase también [[cinética y mecanismos de reacción]]— es parecido para la reacción no catalizada y la catalizada. De aquí que la constante de velocidad de la reacción catalizada sea mayor que la no catalizada.
==Tipos de catalizadores==
Los catalizadores pueden ser sustancias de distintos tipos: [[Elemento químico|elementos]] ([[paladio]], [[níquel]], etc.), [[Compuesto inorgánico|compuestos inorgánicos]] ([[Dióxido de manganeso|MnO<sub>2</sub>), o [[Compuesto orgánico|compuestos orgánicos]]. Los catalizadores orgánicos pueden ser sintetizados en el laboratorio, o tener un origen natural y biológico.
En este útlimo caso, los de origen biológico, son llamados [[biocatalizador]]es, son [[biomolécula]]s responsables de regular la [[velocidad]] de un gran número de reacciones en los [[vida|seres vivos]], incluyendo todo el [[metabolismo]]. Los biocatalizadores más importantes son las [[enzimas]], de naturaleza [[proteína|proteica]]; aunque también existen [[ácido ribonucleico|ácidos ribonucleicos]] con capacidad catalítica, denominados [[ribozimas]]. Véase, por ejemplo, la [[ADN polimerasa]].
Los catalizadores sólidos pueden ser [[Porosidad|porosos]] y están hechos de metal u óxido metálico soportado sobre una matriz sólida inerte. Este caso particular se conoce como ''catálisis de contacto''. Este tipo de catalizadores son ampliamente utilizados en las [[refinería|refinerías de petróleo]].
==Clasificación de la catálisis==
La catálisis se clasifica en función de la naturaleza química del medio de la reacción. A partir del número de fases presentes y de la química implicada es posible agrupar de acuerdo a su aplicación.
*'''[[Catálisis homogénea]]''': Cuando los catalizadores están en la misma fase que los [[reactivo]]s. Actúan cambiando el mecanismo de reacción. Es decir, se combinan con alguno de los reactivos para formar un intermedio inestable. Éste a su vez se combina con más reactivo dando lugar a la formación de los productos, al mismo tiempo que se regenera el catalizador.
*'''[[Catálisis ácido-base]]'''
*'''[[Catálisis heterogénea]]''' o '''de contacto''': Cuando los catalizadores están en distinta fase que los reactivos. Son materiales capaces de [[adsorción|adsorber]] [[molécula]]s de reactivo en sus superficies, consiguiendo mayor [[concentración]] y superficie de contacto entre reactivos, o debilitando sus enlaces disminuyendo la [[energía de activación]]. Los productos abandonan el catalizador cuando se forman, y este queda libre para seguir actuando. Los catalizadores heterogéneos más usados son metales u óxidos de metales finamente divididos, como por ejemplo el [[hierro]], el [[platino]], el [[níquel]], el trióxido de [[aluminio]] o el pentaóxido de [[vanadio]].
*'''[[Catálisis enzimática]]'''
==Aplicaciones==
En los procesos [[industria]]les, la catálisis es de enorme importancia, ya que permite llevar a cabo las reacciones en [[tiempo]]s mucho más cortos, con el consiguiente beneficio [[economía|económico]]. Véase, por ejemplo, el [[proceso de Haber]].
Aunque los catalizadores no se consumen directamente en la reacción, sí que hay que tener en cuenta la posibilidad del [[envenenamiento de un catalizador]]: la reacción con una [[impureza]] que convierte el catalizador en otra sustancia (otro compuesto químico) sin actividad catalítica.
== Diagramas de energía ==
[[Archivo:Activation.png|thumb|right|200px|Diagrama de energías.]]
La figura muestra el diagrama de una [[reacción química|reacción]] catalizada, mostrando como varía la [[energía]] (E) de las moléculas que participan en la reacción durante el proceso de reacción (tiempo, t). Todas las [[molécula]]s contienen una cantidad determinada de energía, que depende del número y del tipo de [[enlace]]s presentes en ella. Los [[sustrato (bioquímica)|sustratos]] o reactivos,(A y B) tienen una energía determinada, y el o los [[producto]]s (AB en el gráfico) otra.
Si la energía total de los sustratos es mayor que la de los productos (por ejemplo como se muestra en el diagrama), una [[reacción exotérmica]], y el exceso de energía se desprende en forma de [[calor]]. Por el contrario, si la energía total de los sustratos es menor que la de los productos, se necesita tomar energía del exterior para que la reacción tenga lugar, lo que se denomina [[reacción endotérmica]].
Cuando las moléculas de los sustratos se van acercando para reaccionar, pierden estabilidad (usando una analogía [[antropomorfismo|antropomórfica]], a las moléculas "les gusta" mantener su espacio vital, y las intromisiones no son bienvenidas). La inestabilidad se manifiesta como un aumento de la energía del sistema (es el pico de energía que se ve en el diagrama). Cuando los sustratos se convierten en productos, las moléculas se separan y se relajan de nuevo, y el conjunto se estabiliza.
Las [[enzima]]s catalizan las reacciones estabilizando el intermedio de la reacción, de manera que el "pico" de energía necesario para pasar de los sustratos a los productos es menor. El resultado final es que hay muchas más moléculas de sustrato que chocan y reaccionan para dar lugar a los productos, y la reacción transcurre en general más deprisa. Un catalizador puede catalizar tanto reacciones endotérmicas como exotérmicas, porque en los dos casos es necesario superar una barrera energética. El catalizador (E) crea un microambiente en el que A y B pueden alcanzar el estado intermedio (A...E...B) más fácilmente, reduciendo la cantidad de energía necesaria (E2). Como resultado, la reacción es más fácil, optimizando la velocidad de dicha reacción.
Los catalizadores no alteran el equilibrio químico propio de la reacción en ningún caso.
==Referencias==
{{listaref}}
[[Categoría:Catálisis| ]]
[[Categoría:Cinética química]]
[[Categoría:Mecanismos de reacción]]
[[bg:Катализа]]
[[bs:Katalizator]]
[[ca:Catalitzador]]
[[cs:Katalyzátor]]
[[cy:Catalysis]]
[[da:Katalysator]]
[[de:Katalysator]]
[[el:Καταλύτης]]
[[en:Catalysis]]
[[eo:Katalizilo]]
[[et:Katalüüs]]
[[fa:کاتالیزور]]
[[fi:Katalyytti]]
[[fr:Catalyse]]
[[gl:Catalizador]]
[[he:זרז]]
[[hr:Katalizator]]
[[id:Katalis]]
[[io:Katalizo]]
[[is:Hvati]]
[[it:Catalisi]]
[[ja:触媒]]
[[ko:촉매]]
[[lt:Katalizatorius]]
[[lv:Katalizators]]
[[mk:Катализатор]]
[[nl:Katalysator]]
[[nn:Katalysator]]
[[no:Katalysator]]
[[nov:Katalise]]
[[oc:Catalisador]]
[[pl:Katalizator]]
[[pt:Catalisador]]
[[ru:Катализатор]]
[[simple:Catalyst]]
[[sk:Katalyzátor (chémia)]]
[[sq:Katalizatori]]
[[sr:Катализатор]]
[[su:Katalis]]
[[sv:Katalysator]]
[[ta:வினைவேக மாற்றி]]
[[tr:Katalizör]]
[[uk:Каталізатор]]
[[zh:催化剂]]
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