CATÁLISIS HETEROGÉNEA. INTRODUCCIÓN
La velocidad de una reacción puede ser modificada por la presencia de sustancias que normalmente no son ni reactivos
iniciales ni productos. Estas sustancias reciben el nombre de catalizadores, y producen un aumento de la velocidad de
reacción. Los catalizadores pueden ser sólidos o líquidos. Los catalizadores sólidos pueden perder su actividad catalítica
con el tiempo. Un catalizador puede hacer variar la velocidad de reacción de un proceso en miles o millones de veces. Las
características de un catalizador se podrían resumir en:
1. Selectividad de los catalizadores. Se refiere a la capacidad que tienen estas sustancias de actuar en ciertas reacciones y
de no hacerlo en otras distintas.
2. Un catalizador aumenta la velocidad de reacción o favorece una reacción frente a otra, pero en ningún caso determina
el equilibrio o el punto final de la misma, que vendrán condicionados siempre por cuestiones termodinámicas.
3. Para utilizar un catalizador en una reacción determinada, se hace necesario llevar a cabo un número elevado de ensayos
y pruebas, hasta dar con el más adecuado, dentro de una lógica.
4. La actividad de un catalizador no sólo depende de su constitución química, sino también de su estructura física o
cristalina, ya que el catalizador puede perder su actividad por encima de ciertas temperaturas. Por lo tanto, un estudio
exhaustivo de un catalizador debe incluir una investigación de la superficie del mismo. Por ello se ha de procurar que los
catalizadores tengan una gran superficie sólida activa por unidad de volumen.
5. En presencia de un catalizador las moléculas reaccionantes sufren un debilitamiento de sus enlaces o forman productos
intermedios en las proximidades de la superficie del sólido. Se han propuesto varios modelos que intentan explicar este
comportamiento:
a) el producto intermedio es una asociación de la molécula reactivo con una
región de la superficie del sólido
b) las moléculas de reactivo se encuentran bajo la influencia de las fuerzas de la
superficie, moviéndose en un entorno cercano a ella
c) se forman radicales libres en la superficie del catalizador, que se mueven hacia
el gas provocando una serie de reacciones, hasta que finalmente se destruyen;
en esta última teoría, la reacción va a tener lugar en el seno del gas, siendo la
superficie del catalizador un generador de radicales libres.
6. Según la teoría del estado de transición, el catalizador reduce la barrera de energía
potencial que se debe sobrepasar para que los reaccionantes pasen a productos. Esto
provocará a su vez una disminución de la energía de activación, y por lo tanto, un aumento de la velocidad de la misma.
ECUACIÓN DE VELOCIDAD
Para los reactores ideales un balance en unidades de flujo (kmol/s) del
componente A, y considerando "flujo de salida - flujo de entrada + flujo de
acumulación = flujo de generación", conduce a las siguientes expresiones:
a) Para el RDTA, aplicado a todo el volumen:
siendo NA los kmol de A que hay dentro del reactor, y gA los kmoles generados/s en este reactor, y por tanto es una
propiedad extensiva.
b) Para un elemento de volumen del reactor de flujo de pistón:
siendo nA el flujo molar de entrada (kmol/s), nA+dnA el flujo molar de salida y dgA la generación de A.
c) Para el reactor continuo de tanque agitado:
En sistemas catalíticos, se puede encontrar la velocidad de reacción expresada de muchas formas:
1. Basada en la superficie externa del catalizador:
