¿Qué son los catalizadores y los mecanismos de reacción?

2. Catálisis

2.1. Catálisis homogénea

Un catalizador homogéneo es aquel que se encuentra en la misma fase que los reactivos. Para los reactivos que son gases, un reactivo homogéneo es también un gas. Si los reactivos son líquidos. un catalizador homogéneo se disuelve en la solución.

El dibromo disuelto es un catalizador homogéneo de fase líquida para la descomposición del peróxido de hidrógeno. En ausencia de dibromo u otro catalizador, el peróxido de hidrógeno puede almacenarse durante un tiempo prolongado a temperatura ambiente; sin embargo, en cuanto se agrega una gota de dibromo se forman burbujas de dioxígeno. 

Paso 1: Br_{2 (ac)} + H₂O_{2 (ac)} → 2 Br^- _(ac) + H⁺ _(ac) + O_{2 (g)}

Paso 2: 2 Br^- _(ac) + H₂O_{2 (ac)} + 2 H⁺ _(ac) → Br_{2 (ac)} + 2 H₂O _(l)

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Reacción global: Br₂ + H₂O₂ + 2 Br^- + H₂O₂ + 2 H⁺ → 2 Br^- + H⁺ + O₂ + Br₂ + 2 H₂O

El catalizador es el dibromo (Br₂) y el bromuro (Br^-) actúa como intermediario. De ese modo, a pesar de que las moléculas de dibromo hayan participado en la reacción. no se "consumen" y pueden participar de la reacción una y otra vez.

La catálisis homogénea también puede llevarse a cabo en fase gaseosa. Un ejemplo conocido de reacciones catalizadas en fase gaseosa es el proceso en una cámara de plomo que durante muchos años fue el método más importante para la manufactura de ácido sulfúrico. Utilizando azufre como materia prima, se esperaría que la producción de ácido sulfúrico ocurriera según los siguientes pasos: 

S _(s) + O_{2 (g)} → SO_{2 (g)}

2 SO_{2 (g)} + O_{2 (g)} → 2 SO_{3 (g)}

H₂O _(l) + SO_{3 (g)} → H₂SO_{4 (ac)}

Sin embargo, en realidad, el dióxido de azufre (SO₂) no se convierte directamente en trióxido de azufre (SO₃); la oxidación resulta más eficiente cuando se lleva a cabo en presencia del catalizador dióxido de nitrógeno (NO₂):

Paso 1: 2 SO_{2 (g)} + 2 NO_{2 (g)} → 2 SO_{3 (g)} + 2 NO _(g)

Paso 2: 2 NO _(g) + O_{2 (g)} → 2 NO_{2 (g)}

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Reacción global: 2 SO_{2 (g)} + 2 NO_{2 (g)}  + 2 NO _(g)  + O_{2 (g)} → 2 SO_{3 (g)} + 2 NO _(g) + 2 NO_{2 (g)}

Observa que no existe pérdida neta de NO₂ en la reacción global, por lo que el NO₂ cumple con los requisitos de un catalizador. El monóxido de nitrógeno (NO) actúa como intermediario.