Química - 3º B.D.

La catálisis es un fenómeno clave en las transformaciones químicas. 

La importancia de los procesos catalíticos se puede resumir en dos hechos: ninguna forma de vida existiría sin enzimas, y la sociedad moderna no hubiese alcanzado el grado de desarrollo que posee sin los catalizadores. 

Las reacciones catalíticas se utilizaban ya en la antigüedad; por ejemplo, la fermentación del azúcar para producir etanol es una reacción catalizada por enzimas (biocatalizadores), que se ha utilizado siempre para la producción del vino. Sin embargo, el desarrollo científico de la catálisis empezó hace sólo 200 años y su importancia ha ido creciendo hasta la actualidad. 

En 1835 Berzelius analizó el trabajo de Mitscherlich, que había realizado diversos estudios sobre el efecto del ácido sulfúrico en la conversión del etanol a éter, y había concluido que sólo se necesitaban pequeñas cantidades de ácido para convertir grandes cantidades de etanol. Al respecto, Berzelius dedujo que existía un efecto promocional del ácido sulfúrico y que no dependía simplemente de la afinidad del ácido y el agua, sino que era posible controlar la composición de los productos variando las condiciones experimentales. Basado en estos análisis y el de otras reacciones, Berzelius reconoció la existencia de sustancias que influían en diversos procesos químicos atribuyéndoles una fuerza misteriosa capaz de destruir las uniones moleculares, y sugirió, en 1836, el nombre de catálisis para este tipo de fenómeno (la palabra catálisis, viene de dos palabras griegas, el prefijo kata que significa disminución, y del verbo lysis, que significa romper). En 1895 Ostwald formuló la definición de catalizador que todavía se considera válida: "Un catalizador es aquella sustancia que acelera la rapidez de una reacción química sin afectar a su situación de equilibrio". 

Retrato de Berzelius y Ostwald. Fotografía del laboratorio de Berzelius. 

Al principio se creía que los catalizadores se mantenían inalterables durante los procesos. Sin embargo, ahora se sabe que los catalizadores forman enlaces químicos con los reactivos durante los procesos catalíticos. Así, los procesos catalíticos son cíclicos: los reactivos se unen a una forma del catalizador, los productos se liberan desde otra y, tras la regeneración, se recupera el estado inicial. En teoría, un catalizador ideal no se consume durante el proceso, pero en la práctica es diferente. Debido a reacciones paralelas, el catalizador sufre cambios físico-químicos y su actividad disminuye, produciéndose su desactivación, de manera que debe ser regenerado o incluso reemplazado. 

Aparte de acelerar las reacciones, los catalizadores tienen otra propiedad muy importante: pueden influir en la selectividad de las reacciones químicas, de manera que se pueden obtener productos completamente diferentes a partir de un determinado precursor al cambiar el sistema catalítico. Industrialmente, este control de las reacciones es incluso más interesante que la actividad catalítica. 

Los catalizadores pueden ser gases, líquidos o sólidos, aunque la mayor parte de ellos son líquidos o sólidos. La importancia de la catálisis en la industria química queda patente si tenemos en cuenta que el 75 % de los productos químicos se obtiene con la ayuda de catalizadores, y si consideramos los productos desarrollados últimamente, el porcentaje aumenta hasta más del 90 %. Muchos compuestos intermedios orgánicos necesarios para la producción de plásticos, fibras sintéticas, productos farmacéuticos, tintes, resinas y pigmentos sólo pueden ser fabricados mediante procesos catalíticos. La mayor parte de los procesos involucrados en el tratamiento del crudo y la petroquímica, tales como las etapas de purificación, refinado y las transformaciones químicas, requieren catalizadores. El control de las emisiones medioambientales como las de combustión de los coches y la purificación de gases procedentes de centrales eléctricas e industrias sería inconcebible sin catalizadores.

Créditos: 

• Huidobro, A. (2003). Introducción. TELAS DE CARBÓN COMO SOPORTE DE CATALIZADORES BIMETÁLICOS Pt-Sn. EFECTO PROMOTOR DEL TiO₂. [Tesis Doctoral, Universidad de Alicante]. https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/9907/6/Huidobro-Pahissa-Ana_2.pdf
• Martín, N. y Villamil, P. (2005). Conociendo a Jons Jacob Berzelius (1779-1848). ContactoS 58, p. 49 - 54. http://www2.izt.uam.mx/newpage/contactos/anterior/n58ne/berzelius.pdf
• Jöns Jacob Berzelius from Familj-Journalen1873. Autor: Celsius~commonswiki. Licencia: Dominio Público.
  
• Wilhelm Ostwald. Autor: Stefi~commonswiki. Licencia: Dominio Público.
• Berzelius’ laboratory equipment. Source: © BERZELIUS MUSEUM, STOCKHOLM, SWEDEN / EDGAR FAHR SMITH COLLECTION.
  

1. ¿Por qué son tan importantes los catalizadores?

2. ¿Cómo surgió el término catálisis?

3. Analiza la siguiente frase: "Un catalizador es una sustancia que aumenta la rapidez de una reacción sin ser "consumida" en la misma".

4. ¿En qué procesos industriales se utilizan catalizadores?

5. ¿Qué catalizadores participan en el proceso de la fermentación de la sacarosa (conocido comúnmente como azúcar de mesa)? Diseña un experimento sencillo para estudiar este proceso de fermentación.

6. ¿Qué has aprendido con esta actividad?

7. ¿Qué pregunta te resultó más difícil para responder y qué estrategias utilizaste para lograrlo?

8.  Imagina que trabajas en una industria y te han pedido que realices un informe sobre cómo aumentar la rapidez del proceso de síntesis que se lleva a cabo. Haz una lista de ideas que tendrías en cuenta para elaborar tu informe.