O que os catalisadores tem de especial

Reação química

Os catalisadores são os heróis anônimos das reações químicas que fazem a sociedade humana funcionar. Um catalisador é um material que acelera as reações químicas. Com a ajuda de um catalisador, moléculas que podem levar anos para interagir agora podem fazê-lo em segundos. As fábricas contam com catalisadores para fazer de tudo, de plástico a medicamentos. Os catalisadores ajudam a processar o petróleo e o carvão em combustíveis líquidos. Eles são jogadores-chave em tecnologias de energia limpa. Os catalisadores naturais no corpo – conhecidos como enzimas – desempenham até papéis importantes na digestão e muito mais. Durante qualquer reação química, as moléculas quebram as ligações químicas entre seus átomos. Os átomos também fazem novas ligações com diferentes átomos.

A maioria dos catalisadores sólidos são metais ou óxidos, sulfetos e haletos de elementos metálicos e dos elementos semimetálicos de boro, alumínio e silício. Catalisadores gasosos e líquidos são comumente usados em sua forma pura ou em combinação com veículos ou solventes adequados; catalisadores sólidos são comumente dispersos em outras substâncias conhecidas como suportes de catalisador.

Existem dois tipos gerais de reações catalisadas:

  • A reação catalisada heterogênea é quando o catalisador e o reagente existem em duas fases diferentes, como um catalisador sólido com um reagente em solução.

  • A reação catalisada homogênea ocorre quando o catalisador e o reagente estão na mesma fase, como quando o catalisador e os reagentes são dissolvidos na mesma solução.

Gráfico de uma reação catalítica
Gráfico de uma reação catalítica

As reações catalisadas constituem a base de muitos processos químicos industriais. A fabricação de catalisadores é em si um processo industrial em rápido crescimento.

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Processos catalíticos e seus catalisadores

processo

catalisador

síntese de amônia

Ferro

Fabricação de ácido sulfúrico

Óxido de nitrogênio (II), platina

Craqueamento de petróleo

Zeólitas

Hidrogenação de hidrocarbonetos insaturados

Níquel, platina ou paládio

Oxidação de hidrocarbonetos em escapamentos de automóveis

Óxido de cobre (II), óxido de vanádio (V), platina, paládio

Isomerização de n-butano em isobutano

Cloreto de alumínio, cloreto de hidrogênio

Os catalisadores e os carros movidos a hidrogênio

Uma tecnologia que precisa de um catalisador para funcionar é a célula a combustível de hidrogênio. Nesses dispositivos, o gás hidrogênio (H2) reage com o gás oxigênio (O2) para formar água (H2O) e eletricidade. Esses sistemas podem ser encontrados em um veículo a hidrogênio, onde criam a eletricidade para alimentar o motor. A célula a combustível precisa separar os átomos em moléculas de hidrogênio e oxigênio para que esses átomos possam se reorganizar e criar novas moléculas (água). Sem alguma ajuda, porém, essa reorganização ocorreria muito lentamente. Portanto, a célula de combustível usa um catalisador – platina – para impulsionar essas reações.

 

Conversor catalíticoFigura carros de hoje contam com um conversor catalítico, como o mostrado na seção transversal aqui. Esses dispositivos ajudam a decompor os gases de escape em produtos químicos (como a água) que são menos tóxicos para o meio ambiente.

A platina funciona bem em células de combustível porque interage na quantidade certa com cada gás inicial. A superfície da platina atrai as moléculas de gás. Na verdade, ele os aproxima um do outro, de modo que incentiva – acelera – sua reação. Em seguida, ele deixa seu trabalho manual flutuar livre.

Durante anos, outras tecnologias também confiaram em catalisadores de platina. Para remover poluentes prejudiciais dos gases de escapamento, por exemplo, os carros agora dependem de conversores catalíticos. Mas a platina tem algumas desvantagens. É cara, por exemplo, e as pessoas gostam de usá-la em joias sofisticadas, além de não ser fácil de obter.

Alguns outros catalisadores alcançaram o status de superstar nas células a combustíveis. Isso inclui metais com propriedades químicas semelhantes às da platina. Entre eles estão paládio e irídio. Como a platina, no entanto, ambos são caros e difíceis de obter. É por isso que a busca por catalisadores menos dispendiosos para uso em células de combustível é iniciada.

Fonte:

Britannica

Science for Students

Mettler Toledo

Chemistry Libre Texts

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