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Tema 51
Características de los fenómenos catalíticos y efecto sobre la energía de activación. Aplicaciones
en la industria. Naturaleza y propiedades catalíticas de las Enzimas.
Índice
I. Introducción .......................................................................................................................... 2
II. Desarrollo .............................................................................................................................. 2
1. Características de los fenómenos catalíticos y efecto sobre la energía de activación. .... 2
1.1. Conceptos básicos ..................................................................................................... 2
1.2. Catálisis...................................................................................................................... 3
1.3. Catálisis Homogénea ................................................................................................. 3
1.4. Catálisis heterogénea ................................................................................................ 5
2. Aplicaciones Industriales ................................................................................................... 8
2.1. Catalizador Ziegler y Natta ........................................................................................ 9
2.2. Síntesis de amoníaco ................................................................................................. 9
3. Naturaleza y propiedades catalíticas de las enzimas ...................................................... 10
3.1. Características de las enzimas ................................................................................. 10
3.2. Clasificación de las enzimas .................................................................................... 11
3.3. Cinética enzimática. Ecuación Michaelis-Menten ................................................... 11
3.4. Inhibición de la actividad enzimática ...................................................................... 14
III. Conclusión ....................................................................................................................... 16
, I. Introducción
Con el desarrollo de la Cinética Química aparecería una nueva rama de la Química donde se
podría saber si una reacción se podría llevar a cabo en un tiempo razonable. Sin embargo, la
aparición de los catalizadores llevaría a la Cinética a un nuevo nivel, puesto que su presencia
permitiría el desarrollo industrial en procesos que hasta ese momento inexplorados.
La magia de un catalizador no solo reside en su capacidad para reducir la velocidad, sino en
su alta selectividad, ya que solo serán capaces de catalizar un determinado tipo de reacciones.
De ahí que su uso se popularizara en numerosos procesos industriales, ya que permite un mejor
aprovechamiento de los recursos naturales, al aumentar incluso el rendimiento de una reacción.
Los fenómenos catalíticos siempre han estado presentes desde la existencia de la vida, ya
que los biocatalizadores conocidos como enzimas, hacen posible las reacciones biológicas que
se producen en los seres vivos, y por tanto, hacen posible la vida.
En el presente tema se hará un análisis de todo aquello que favorece el aumento de la velocidad
de una reacción. Por ello, se estudiará en profundidad la catálisis, así como los diferentes tipos
que puede haber como son la heterogénea y la homogénea. Además, se conocerán los
catalizadores biológicos por excelencia, que son las enzimas, con las diferentes maneras de
perjudicar su funcionamiento, donde se encuentran los inhibidores.
II. Desarrollo
1. Características de los fenómenos catalíticos y efecto sobre la energía de
activación.
1.1. Conceptos básicos
La velocidad de una reacción química indica el cambio de la concentración con el tiempo de un
reactivo o un producto. Debe ser independiente del reactivo o producto que se ha elegido para
calcularla
2𝐴 + 𝐵 → 𝐴2 𝐵
La expresión matemática que relaciona la velocidad de la reacción con las concentraciones de
los reactivos recibe el nombre de ecuación de velocidad o ley diferencial de la velocidad, que
tiene casi siempre la forma general:
𝑣 = 𝑘 [𝐴]𝛼 [𝐵]𝛽
Donde 𝛾 = 𝛼 + 𝛽 lo cual indica el orden de reacción y la contribución de cada uno a la velocidad.
La velocidad de una reacción depende principalmente de su temperatura de acuerdo con la
ecuación de Arrhenius:
, 𝐸𝑎
𝐾 = 𝐴 ∙ 𝑒 − 𝑅𝑡
Aunque depende de otros factores como la concentración, la naturaleza de los productos o de
la presencia de catalizadores.
1.2. Catálisis
Existen dos métodos generales por los que se puede influir en la velocidad de la reacción.
Uno es el aumento de la temperatura, el cual provocará una mayor agitación y por ende una
mayor probabilidad de choques efectivos. El segundo método es el uso de catalizadores
específicos.
Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de reacción y es recuperado al final
de esta, sin cambio químico alguno. Aporta un mecanismo alternativo más rápido que encuentra
una etapa con una energía de activación, menor que la esperada en ausencia del catalizador. La
catálisis disminuye la energía de activación, sin alterar la energía libre de Gibbs global, puesto
que al ser una función de estado solo importan los estados inicial y final. Un ejemplo simple
puede ser la hidrogenación de olefinas empleando un catalizador de paladio.
𝑅 = 𝑅 + 𝐻2 → 𝑅𝐻 − 𝑅𝐻 𝐸𝑎
Cuando se emplea el catalizador, en una primera etapa se adsorbe 𝐻2 en la superficie de paladio,
se debilita su enlace, para posteriormente reaccionar con la olefina y regenerarse el paladio.
Existen dos tipos de catálisis, dependiendo de la fase en la que se encuentren las especies, si es
en una fase será homogénea, y si es en dos o más fases, será heterogénea.
1.3. Catálisis Homogénea
En ella la reacción catalítica ocurre en una sola fase, entre gases o entre sustancias disueltas.
Catalizar suele ser poco específico, no obstante, presenta una actividad elevada al estar
todos los centros activos accesibles para los reactivos. Su mayor inconveniente es que, una vez
realizada la reacción, requieren una etapa de separación para recuperarlo, ya que suelen ser
compuestos costosos
Tema 51
Características de los fenómenos catalíticos y efecto sobre la energía de activación. Aplicaciones
en la industria. Naturaleza y propiedades catalíticas de las Enzimas.
Índice
I. Introducción .......................................................................................................................... 2
II. Desarrollo .............................................................................................................................. 2
1. Características de los fenómenos catalíticos y efecto sobre la energía de activación. .... 2
1.1. Conceptos básicos ..................................................................................................... 2
1.2. Catálisis...................................................................................................................... 3
1.3. Catálisis Homogénea ................................................................................................. 3
1.4. Catálisis heterogénea ................................................................................................ 5
2. Aplicaciones Industriales ................................................................................................... 8
2.1. Catalizador Ziegler y Natta ........................................................................................ 9
2.2. Síntesis de amoníaco ................................................................................................. 9
3. Naturaleza y propiedades catalíticas de las enzimas ...................................................... 10
3.1. Características de las enzimas ................................................................................. 10
3.2. Clasificación de las enzimas .................................................................................... 11
3.3. Cinética enzimática. Ecuación Michaelis-Menten ................................................... 11
3.4. Inhibición de la actividad enzimática ...................................................................... 14
III. Conclusión ....................................................................................................................... 16
, I. Introducción
Con el desarrollo de la Cinética Química aparecería una nueva rama de la Química donde se
podría saber si una reacción se podría llevar a cabo en un tiempo razonable. Sin embargo, la
aparición de los catalizadores llevaría a la Cinética a un nuevo nivel, puesto que su presencia
permitiría el desarrollo industrial en procesos que hasta ese momento inexplorados.
La magia de un catalizador no solo reside en su capacidad para reducir la velocidad, sino en
su alta selectividad, ya que solo serán capaces de catalizar un determinado tipo de reacciones.
De ahí que su uso se popularizara en numerosos procesos industriales, ya que permite un mejor
aprovechamiento de los recursos naturales, al aumentar incluso el rendimiento de una reacción.
Los fenómenos catalíticos siempre han estado presentes desde la existencia de la vida, ya
que los biocatalizadores conocidos como enzimas, hacen posible las reacciones biológicas que
se producen en los seres vivos, y por tanto, hacen posible la vida.
En el presente tema se hará un análisis de todo aquello que favorece el aumento de la velocidad
de una reacción. Por ello, se estudiará en profundidad la catálisis, así como los diferentes tipos
que puede haber como son la heterogénea y la homogénea. Además, se conocerán los
catalizadores biológicos por excelencia, que son las enzimas, con las diferentes maneras de
perjudicar su funcionamiento, donde se encuentran los inhibidores.
II. Desarrollo
1. Características de los fenómenos catalíticos y efecto sobre la energía de
activación.
1.1. Conceptos básicos
La velocidad de una reacción química indica el cambio de la concentración con el tiempo de un
reactivo o un producto. Debe ser independiente del reactivo o producto que se ha elegido para
calcularla
2𝐴 + 𝐵 → 𝐴2 𝐵
La expresión matemática que relaciona la velocidad de la reacción con las concentraciones de
los reactivos recibe el nombre de ecuación de velocidad o ley diferencial de la velocidad, que
tiene casi siempre la forma general:
𝑣 = 𝑘 [𝐴]𝛼 [𝐵]𝛽
Donde 𝛾 = 𝛼 + 𝛽 lo cual indica el orden de reacción y la contribución de cada uno a la velocidad.
La velocidad de una reacción depende principalmente de su temperatura de acuerdo con la
ecuación de Arrhenius:
, 𝐸𝑎
𝐾 = 𝐴 ∙ 𝑒 − 𝑅𝑡
Aunque depende de otros factores como la concentración, la naturaleza de los productos o de
la presencia de catalizadores.
1.2. Catálisis
Existen dos métodos generales por los que se puede influir en la velocidad de la reacción.
Uno es el aumento de la temperatura, el cual provocará una mayor agitación y por ende una
mayor probabilidad de choques efectivos. El segundo método es el uso de catalizadores
específicos.
Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de reacción y es recuperado al final
de esta, sin cambio químico alguno. Aporta un mecanismo alternativo más rápido que encuentra
una etapa con una energía de activación, menor que la esperada en ausencia del catalizador. La
catálisis disminuye la energía de activación, sin alterar la energía libre de Gibbs global, puesto
que al ser una función de estado solo importan los estados inicial y final. Un ejemplo simple
puede ser la hidrogenación de olefinas empleando un catalizador de paladio.
𝑅 = 𝑅 + 𝐻2 → 𝑅𝐻 − 𝑅𝐻 𝐸𝑎
Cuando se emplea el catalizador, en una primera etapa se adsorbe 𝐻2 en la superficie de paladio,
se debilita su enlace, para posteriormente reaccionar con la olefina y regenerarse el paladio.
Existen dos tipos de catálisis, dependiendo de la fase en la que se encuentren las especies, si es
en una fase será homogénea, y si es en dos o más fases, será heterogénea.
1.3. Catálisis Homogénea
En ella la reacción catalítica ocurre en una sola fase, entre gases o entre sustancias disueltas.
Catalizar suele ser poco específico, no obstante, presenta una actividad elevada al estar
todos los centros activos accesibles para los reactivos. Su mayor inconveniente es que, una vez
realizada la reacción, requieren una etapa de separación para recuperarlo, ya que suelen ser
compuestos costosos
