7/18/2019 Catalizadores y Principio de Le Chatelier

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Catálisis (3). Catálisis homogénea y heterogénea

(Fernando Gomollón Bel, ISQCH) 

Si recordáis, en el  primer artículo sobre catálisis dijimos que ISQCH son las siglas de Instituto deSíntesis Química y Catálisis Homogénea. Explicamos qué era la catálisis pero dejamos para

más adelante las diferencias entre homogénea y heterogénea. Realmente en el Instituto hay un

poco de ambas, pero tradicionalmente se ha investigado más en la primera.

Para los que no lo sepáis algo homogéneo es algo que tiene una composición y una estructura

uniforme. Heterogéneo es lo contrario. Por poner un ejemplo culinario que siempre explica mi

amiga Raquel: algo homogéneo es la leche con colacao, y algo heterogéneo podría ser un potaje

de garbanzos, con líquido y sólidos mezclados y más o menos chorizo en cada cucharada. En

química es lo mismo.

Ejemplos cotidianos de sistemas homogéneos y heteogéneos

(Fotos: SXC.hu)

 Así pues, la catálisis homogénea ocurre toda en la misma fase (generalmente en disolución). Se

disuelven los reactivos y el catalizador y, al cabo del tiempo, tienes una disolución de los

productos y el catalizador, intacto. Es una catálisis muy eficaz, porque el contacto entre el

catalizador y las sustancias químicas está asegurado. Las moléculas en disolución se mueven

libremente. Presenta problemas, a veces, a la hora de separar el catalizador para reutilizarlo.

Después de mezclar el colacao en la leche, intenta separar el polvillo.

Por otro lado, la catálisis heterogénea ocurre en dos fases: los reactivos están en disolución (el

caldo) y el catalizador, sólido, se sumerge en ella durante un tiempo (los garbanzos). Tiene una

gran ventaja, que se aprovecha mucho en la industria: el catalizador se separa muy fácilmentepor simple filtración (como un colador). Pero, por otra parte, el contacto entre las moléculas

químicas que andan disueltas y el catalizador no siempre es sencillo. Suelen usarse, para

favorecer este contacto, sólidos con mucha superficie.

Hoy en día se investigan, como he dicho, los dos tipos de catálisis. En el ISQCH hay también

químicos que buscan aunar las ventajas de unos y otros catalizadores en unos catalizadores

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mixtos: diseñan sólidos con moléculas químicas unidas. Cuando los reactivos se acercan a éstas,

se quedan anclados y obligados a reaccionar y dar los productos que, al ser químicamente

distintos, se desanclan automáticamente. Luego, como no dejan de ser sólidos, se filtran y se

reutilizan sin problemas.

Pronto os explicaremos unos catalizadores aún más alucinantes que todos estos: los

catalizadores biológicos o “enzimas”. 

https://isqch.wordpress.com/2012/10/26/catalisis-3-catalisis-homogenea-y-heterogenea/ 

LA CATALISIS ENZIMATICA, es la facilitacion de la hidrolisis de una molecula biologica, por la

accion de una enzima. Un ejemplo muy interesante es la hidrolisis del glucogeno por la alfa

amilasa, esta actua sobre los enlaces glucosidicos alfa (1-4), y no afecta los enlaces alfa (1-6),

dando lugar a la ruptura de la molecula de glucogeno en productos como: glucosa, maltosa e

isomaltosa.

es un proceso que se ejerce como mediador de hecho como mencionan arriba....las enzimas son

catalizadores, dicho asi suena rarisimo......pero por ejemplo: la bomba de sodio potasio que ocurre

en el cuerpo humano para mantener el equilibrio osmotico de la celula se ejerce en relacion

2:1....es decir, salen 2 sodios por un potasio que entra.....en condicioones normales seria imposible

realizar esto....y es por ello que tenemos la ATPasa (enzima o catalizador) que hace que se este

traslado pueda realizarse.....en cualquier libro de bioquimica de medicina puedes conseguir

muchisimo mas información

Catalisis enzimaticaPara incrementar la velocidad de una reacción se puede usar la temperatura para aumentar el

numero de choques o utilizar una enzima. Una enzimaposee las siguientes caracteristicas:

Muy especifico, son proteinas en su gran mayoría, poseen sitios de unión, sensibles a temperatura,

pH y salinidad, su actividad disminuye cuando cambia su conformación.

Existen 3 modelos que explican el funcionamiento de una enzima:

a) modelo llave y cerradura: la enzima y el sitio activo son rigidos

 b) modelo encaje inducido: la enzima es rígida pero el sitio modifica su estructura según la

estructura del sustrato que se une.

c) modelo alosterico: Tanto la enzima como el sitio activo son altamente flexibles.

Mecanismo de reacción: es la secuencia de pasos o etapas elementales que llevan a la formación de

uno o más productos.

Untipo de reacción es la siguiente: NO2(g) + CO(g) ------> NO(g) + CO2(g) 

Se ha demostrado que esta reacción se lleva a cabo en dos etapas:

NO2(g) + NO2(g) ---k1----> NO3(g) + NO(g) 

NO3(g) + CO(g) ----k2----> NO2(g) + CO2 (g) 

k1 y k2 son las constantes de velocidad de cada una de las etapas. La especie NO3(g) es un

intermediario que se produce en la primera etapa y se consume en la segunda etapa.

Un proceso elemental es una reacción cuya ley de velocidad se puede escribir a partir de su

molecularidad. La molecularidad es el número de especies que deben chocar para producir la

reacción que corresponde a cada etapa elemental.

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Siempre la etapa determinante de la velocidad es la etapa más lenta del mecanismo de reaccción.

http://quimica3m.blogspot.com/2010/01/catalisis-enzimatica.html 

El Principio de Le Chatelier se puede enunciar de la siguientemanera: Si en un sistema en equilibrio se modifica algún factor

(presión, temperatura, concentración,..) el sistema evoluciona en

el sentido que tienda a oponerse a dicha modificación. 

Cuando algún factor que afecte al equilibrio varía, éste se altera almenos momentáneamente. Entonces el sistema comienza a reaccionar

hasta que se reestablece el equilibrio, pero las condiciones de estenuevo estado de equilibrio son distintas a las condiciones del equilibrio

inicial. Se dice que el equilibrio se desplaza hacia la derecha (siaumenta la contentración de los productos y disminuye la de losreactivos con respecto al equilibrio inicial), o hacia la izquierda (si

aumenta la concentración de los reactivos y disminuye la de los

productos).

Basándonos en el Principio de Le Chatelier, vamos a ver los efectos

que producen distintos factores externos sobre un sistema en

equilibrio.

Cambios en la temperatura 

Si en una reacción exotérmica aumentamos la temperatura cuando se

haya alcanzado el equilibrio químico, la reacción dejará de estar en

equilibrio y tendrá lugar un desplazamiento del equilibrio hacia laizquierda (en el sentido en el que se absorbe calor). Es decir, parte delos productos de reacción se van a transformar en reactivos hasta que

se alcance de nuevo el equilibrio químico.

Si la reacción es endotérmica ocurrirá lo contrario.

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Adición o eliminación de un reactivo o producto 

Consideremos el siguiente equilibrio químico:

CO(g) + Cl2(g)  COCl2(g) 

para el que, a una cierta temperatura, se tiene:

Si se añade más cloro al sistema, inmediatamente después de laadición tenemos:

[Cl2]>[Cl2]eq1 [CO]=[CO]eq1 [COCl2]=[COCl2]eq1 

Entonces:

Por tanto, el sistema no se encuentra en equilibrio. Para restablecer elequilibrio debe aumentar el numerador y disminuir el denominador. Esdecir, el sistema debe de evolucionar hacia la formación del

COCl2 (hacia la derecha).

Si disminuimos las concentraciones de CO, de Cl2 o de ambas, elequilibrio se desplaza hacia la izquierda, ya que tiene que disminuir el

numerador.

Un aumento de la concentración de os reactivos, o una disminución delos productos hace que la reacción se desplace hacia la derecha. En

cambio, una disminución de la concentración de los reactivos, o un

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aumento de la concentración de los productos, hacen que la reacción

se desplace hacia la izquierda.

Efecto de cambios en la presión y el volumen 

Las variaciones de presión sólo afectan a los equilibrios en los que

intervienen algún gas y cuando hay variaciones de volumen en lareacción.

En la reacción de formación del amoniaco, hay cuatro moles en elprimer miembro y dos en el segundo; por tanto, hay una disminución devolumen de izquierda a derecha:

N2 (g) + 3 H2 (g)  2 NH3 (g) 

Si disminuimos el volumen del sistema el efecto inmediato es el

aumento de la concentración de las especies gaseosas y , por tanto, de

la presión en el recipiente. Dicho aumento se compensa parcialmente si

parte del N2 y del H2 se combinan dando NH3, pues así se reduce elnúmero total de moles gaseosos y, consecuentemente, la presión total.

El equilibrio se desplaza hacia la derecha.

Si aumentamos el volumen ocurrirá todo lo contrario.

Efecto de un catalizador 

Los catalizadores son sustancias que aceleran las reacciones químicas.

No afectaran al equilibrio químico ya que aceleran la reacción directa

e inversa por igual. El único efecto es hacer que el equilibrio sealcanca más rapidamente.

http://thales.cica.es/cadiz2/ecoweb/ed0765/capitulo6.html