CATÁLISIS HOMOGÉNEA

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    12-Jul-2015
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Catlisis homognea es cuando los reactivos y el

catalizador se encuentran en la misma fase, sea lquida o gaseosa. En la catlisis homognea se tiene un acceso ms fcil al mecanismo de reaccin y por consecuencia se puede dominar mejor el proceso cataltico correspondiente. Otra ventaja es la ausencia de efectos de envenenamiento, frecuentes en el caso de la catlisis heterognea, y que obliga a tratamientos costosos de eliminacin de impurezas

- Enzimas

- cidos y Bases

- Complejos metlicos (organometlicos)

El catalizador es fcilmente separable Generalmente estables y fciles de preparar El centro activo se encuentra inmovilizado, evitando ciertos procesos de desactivacin Es difcil controlar la naturaleza precisa del centro activo La reaccin tiene lugar en la interfase (dos dimensiones)

La reaccin tiene lugar en una sola fase (tres dimensiones) Los catalizadores moleculares pueden ser diseados con precisin y todos ellos presentan las mismas propiedades. La separacin del catalizador puede presentar dificultades Los catalizadores moleculares pueden ser difciles de sintetizar y su estabildad puede ser limitada Las movilidad del centro activo permite procesos de desactivacin bimoleculares

La catlisis cido-base fue de los primeros

fenmenos catalticos observados La constatacin de que la presencia de un cido aceleraba u orientaba ciertas reacciones qumicas fue el inicio para una serie de investigaciones, que se tradujeron en una serie de numerosas aplicaciones industriales como la esterificacin y la saponificacin.

Cuando se disuelve un cido o una base en agua, se produce una disociacinHCL + H20------ H30- + CLNaOH----- Na- + OH Cuando los cidos o las bases se disocian completamente se les llama fuertes; al contrario se les llama dbiles En una reaccin en solucin algunas de estas especies pueden estar presentes y jugar un papel como catalizadores, dependiendo del tipo de reaccin. Cuando alguna reaccin es catalizada por el ion (H+) se le llama una catlisis cida, cuando es (OH-) se le llama catlisis bsica.

Al llevar a cabo experimentos en los cuales se trabaje con cantidades crecientes de cido o de base, la reaccin debe seguir un aumento de velocidad lineal con la concentracin de cido o de base. En trminos cinticos esto se escribe:

velocidad observada = ko +k[H30+] + [H30+], velocidad observada = ko + k[OH-] [OH-], ko representa la velocidad de la reaccin en ausencia de especies catalticas. Cuando la ley de velocidad de una reaccin catalizada en solucin acuosa depende solo de las [H3O+] y [OH-], son reacciones de catlisis especfica

Se sabe que las molculas no disociadas contribuyen tambin al efecto cataltico. Tales reacciones se rigen por la teora de la catlisis cido-base general: 'velocidad observada = ko + KAH [AH] 'velocidad observada = k'o + KBOH [BOH

Si no sabemos cul es la especie cataltica, podemos llevar a cabo experimentos para determinar la contribucin de cada especie en solucin, esto corresponde a cambiar el pH de la reaccin. Con la ecuacin general de velocidad que agrupa a todas las especies: velocidad = ko + kH3O+ [H30+] + k0H- [OH-] + k AH [AH] + kBOH [BOH]El valor de ko se determina frecuentemente por la habilidad que el solvente (agua) tiene para catalizar la reaccin. Para evaluar las constantes de velocidad de la ecuacin, se hacen experimentos en condiciones tales que algunos de los trminos de la ecuacin sean despreciables.

Si trabajamos en condiciones cidas (pH7), la ecuacin se transforma en kobs = ko + k0H- [OH-] El comportamiento de estos experimentos puede ser representado en forma grfica en un diagrama de pH contra log de la velocidad

Dependencias tpicas de constantes de velocidad de reacciones catalizadas por cidos o bases, en funcin de la concentracin de protones

a) Caso general, donde la reaccin es catalizada tanto por cidos como por bases. La horizontal AB corresponde a la reaccin no catalizada o catalizada por el solvente. Ejemplo de este caso son la mutorrotacin de la glucosa y la hidrlisis de los steres. b) En este caso el segmento AB no existe, lo que implica que la reaccin no cataltica (ko) no existe, es decir, no hay efecto del solvente. Como ejemplos podemos citar la hidrlisis de amidas c y d) Reacciones catalizadas nicamente por cidos (c) o bases (d). e y f) igual que el anterior pero en ausencia de la influencia del solvente ejemplos: la hidrlisis del ster diazoactico y la plimerizacin de nitrosoacetonamina.

Las reacciones que tienen inters industrial son

principalmente la hidroformilacin, la carbonilacin y la polimerizacin. Los catalizadores homogneos son tambin efectivos para hidrogenaciones e isomerizaciones. Un proceso desarrollado recientemente sintetiza cido actico (CH3COOH) a partir del metanol (CH3OH) y CO utilizando un complejo de rodio activado por HI, que cataliza la reaccin llamada de insercin CH3OH + CO -------- CH3COOH Al utilizar este complejo de rodio las condiciones de reaccin son ms suaves, 150 a 200C de temperatura y presiones de 1 a 4 MPa. Anteriormente se usaba un catalizador de cobalto que operaba a presiones ms elevadas de 20 a 30 MPa y temperaturas de 230C.