El documento describe diferentes tipos de catalizadores, incluyendo catalizadores enzimáticos, heterogéneos, homogéneos y electrocatalizadores. Explica cómo funcionan los catalizadores a nivel molecular y cómo aceleran las reacciones químicas sin alterar los productos finales. También enumera varios materiales comúnmente usados como catalizadores, como ácidos, metales de transición, luz UV y compuestos de aluminio, flúor, hierro y titanio.

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INDICE
Introducción 3
¿Qué es un catalizador? 4
Función de los catalizadores 4
Tipos de catalizadores 7
Nueva generación de catalizadores 12
Conclusión 14

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INTRODUCCION
Los catalizadores son sustancias que se pueden agregar a una reacción para
aumentar la velocidad de reacción sin que se consuman en el proceso.
Generalmente funcionan reduciendo la energía del estado de transición, así
disminuyendo la energía de activación, y cambiando el mecanismo de la reacción.
Esto también cambia la naturaleza (y la energía) del estado de transición.
Los catalizadores están en todas partes Muchos procesos bioquímicos, tales como
la oxidación de la glucosa, dependen mucho de las enzimas, proteínas que se
comportan como catalizadores.
Otros tipos comunes de catalizadores incluyen a los catalizadores ácido-base y los
catalizadores heterogéneos (o de superficie).

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CATALIZADORES
¿Qué es un catalizador?
Por catalizador se entiende una sustancia o elemento, tanto
simple como compuesto, que juega un rol acelerador en una
reacción química determinada, acortando los tiempos en que
ocurre pero sin alterar en absoluto el producto final y sin perder
tampoco su propia masa en el proceso (cosa que sí ocurre en los
reactivos). Por ejemplo: enzimas, luz UV, zinc, cobalto.
A dicho proceso de aceleración de una reacción química se le
denomina “catálisis”. Y a los elementos o sustancias que inhiben
la catálisis, se los conoce como inhibidores. Muchas reacciones
químicas necesitan un catalizador adecuado dependiendo de si se quiere aumentar
o disminuir la velocidad a la que ocurren. En este sentido, la catálisis puede ser
positiva (aumenta la velocidad de la reacción) o negativa (disminuye la velocidad de
la reacción).
La investigación en catálisis y producción de agentes catalíticos es un campo
prolífico de la industria química y biológica, ya que permiten acelerar reacciones
simplemente con la añadidura oportuna del catalizador adecuado.
Función de los catalizadores
• Mecanismo típico
Los catalizadores generalmente reaccionan con uno o más de los reactivos para
formar productos intermedios que, posteriormente, conducen al producto final de
reacción. En el proceso se regenera el catalizador. El siguiente esquema es típico
de una reacción catalítica, donde C representa el catalizador, X e Y son los
reactivos, y Z es el producto de la reacción de X con Y:
X + C → XC (1)
Y + XC → XYC (2)

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XYC → CZ (3)
CZ → C + Z (4)
Aunque el catalizador es consumido por la reacción 1, posteriormente es producido
por la reacción 4, por lo que la reacción global es:
X + Y → Z
Como el catalizador se regenera en una reacción, a menudo bastan pequeñas
cantidades del catalizador para incrementar la velocidad de una reacción. Sin
embargo, en la práctica los catalizadores son algunas veces consumidos en
procesos secundarios.
Como ejemplo de este proceso, en 2008, investigadores daneses revelaron por
primera vez la secuencia de sucesos cuando el oxígeno y el hidrógeno se combinan
en la superficie del dióxido de titanio (TiO2, o titania) para producir agua. Con una
serie de imágenes de microscopía de efecto túnel a intervalos, determinaron que
las moléculas sufren adsorción, disociación y difusión antes de reaccionar. Los
estados intermedios de reacción fueron: HO2, H2O2, luego H3O2 y el producto final
de la reacción (dímeros de la molécula de agua), tras lo cual la molécula de agua
se desorbe de la superficie del catalizador.
• Catálisis y energética de la reacción
Los catalizadores funcionan proporcionando un mecanismo (alternativo) que
involucra un estado de transición diferente y una menor energía de activación. Por
lo tanto, más colisiones moleculares tienen la energía necesaria para alcanzar el
estado de transición. En consecuencia, los catalizadores permiten reacciones que
de otro modo estarían bloqueadas o ralentizadas por una barrera cinética. El
catalizador puede aumentar la velocidad de reacción o de la selectividad, o permitir
que la reacción ocurra a menores temperaturas. Este efecto puede ser ilustrado con
una distribución de Boltzmann y un diagrama de perfil de energía.

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Los catalizadores no cambian el rendimiento de una reacción: no tienen efecto en
el equilibrio químico de una reacción, debido a que la velocidad, tanto de la reacción
directa como de la inversa, se ven afectadas (véase también termodinámica). El
hecho de que un catalizador no cambie el equilibrio es una consecuencia de la
segunda ley de la termodinámica. Supongamos que hay un catalizador que modifica
el equilibrio. La introducción del catalizador en el sistema daría lugar a la reacción
para ir de nuevo al equilibrio,
produciendo energía. La producción
de energía es un resultado
necesario, puesto que las
reacciones son espontáneas sí y
solo sí se produce energía libre de
Gibbs, y si no hay una barrera
energética no hay necesidad de un catalizador. En consecuencia, la eliminación del
catalizador también resultaría en una reacción, produciendo energía; esto es, tanto
la adición, como su proceso inverso, la eliminación, producirían energía. Así, un
catalizador que pudiera cambiar el equilibrio sería un móvil perpetuo, en
contradicción con las leyes de la termodinámica.
Si un catalizador cambia el equilibrio, entonces debe consumirse a medida que
avanza la reacción, y por lo tanto también es un reactivo. Algunos ejemplos
ilustrativos son la hidrólisis de los ésteres catalizada por bases, donde el ácido
carboxílico producido reacciona inmediatamente con el catalizador básico, y así el
equilibrio de la reacción se desplaza hacia la hidrólisis.
La unidad derivada SI para medir la actividad catalítica de un catalizador es el katal,
que es igual a moles por segundo. La actividad de un catalizador puede ser descrita
por el número de conversiones, o TON (del inglés turn over number), y la eficiencia
catalítica por la frecuencia de conversiones, TOF (del inglés turn over frequency).
El equivalente bioquímico es la unidad de actividad enzimática. Para más
información sobre la eficiencia de la catálisis enzimática, ver el artículo de Catálisis
enzimática.

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El catalizador estabiliza el estado de transición más que de los que estabiliza el
material inicial. Disminuye la barrera cinética al disminuir la diferencia de energía
entre el material inicial y el estado de transición.
• Materiales catalíticos típicos
La naturaleza química de los catalizadores es tan diversa como la catálisis misma,
aunque pueden hacerse algunas generalizaciones. Los ácidos próticos son
probablemente los catalizadores más ampliamente usados, especialmente para
muchas reacciones que involucran agua, incluyendo la hidrólisis y su inversa. Los
sólidos multifuncionales a menudo suelen ser catalíticamente activos, por ejemplo
las zeolitas, la alúmina y ciertas formas de carbono grafítico. Los metales de
transición son utilizados a menudo para catalizar reacciones redox (oxigenación,
hidrogenación). Muchos procesos catalíticos, especialmente los que involucran
hidrógeno, requieren metales del grupo del platino.
Algunos de los llamados catalizadores son, en realidad, precatalizadores. Los
precatalizadores se convierten en el catalizador en el transcurso de la reacción. Por
ejemplo, el catalizador de Wilkinson RhCl(PPh3)3 pierde un ligando trifenilfosfina
antes de entrar en el verdadero ciclo catalítico. Los precatalizadores son más fáciles
de almacenar, pero son fácilmente activados in situ. Debido a esta etapa de
preactivación, muchas reacciones catalíticas involucran un período de inducción.
Las especies químicas que mejoran la actividad catalítica son denominadas co-
catalizadores o promotores, en la catálisis cooperativa.
Tipos de catalizadores
Los catalizadores pueden ser homogéneos o heterogéneos, dependiendo de si
existe un catalizador en la misma fase que el sustrato. Los biocatalizadores son
vistos a menudo como un grupo separado.
• Catalizadores enzimáticos
Son aquellos que realizan procesos mediante enzimas, estos son más empleados
en las áreas industriales, una de ellas es la farmacéutica, en la cual un ejemplo es

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para la producción de insulina, la cual se obtiene al emplear la enzima de la bacteria
E. coli.
• Catalizadores heterogéneos
Los catalizadores heterogéneos son aquellos que actúan en una fase diferente que
los reactivos. La mayoría de los catalizadores heterogéneos son sólidos que actúan
sobre sustratos en una mezcla de reacción líquida o gaseosa. Se conocen diversos
mecanismos para las reacciones en superficies,
dependiendo de cómo se lleva a cabo la
adsorción (Langmuir-Hinshelwood, Eley -
Rideal, y Mars-van Krevelen). El área
superficial total del sólido tiene un efecto
importante en la velocidad de reacción. Cuanto
menor sea el tamaño de partícula del
catalizador, mayor es el área superficial para
una masa dada de partículas.
Por ejemplo, en el proceso de Haber, el hierro finamente dividido sirve como un
catalizador para la síntesis de amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno. Los
gases reactantes se adsorben en los "sitios activos" de las partículas de hierro. Una
vez adsorbidos, los enlaces dentro de las moléculas reaccionantes se resienten, y
se forman nuevos enlaces entre los fragmentos generados, en parte debido a su
proximidad. De esta manera el particularmente fuerte triple enlace en el nitrógeno
se debilita y los átomos de hidrógeno y nitrógeno se combinan más rápido de lo que
lo harían el caso en la fase gaseosa, por lo que la velocidad de reacción aumenta.

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Los catalizadores heterogéneos suelen estar "soportados", que significa que el
catalizador se encuentra disperso en un segundo material que mejora la eficacia o
minimiza su costo. A veces el soporte es más que una superficie sobre la que se
transmite el catalizador para aumentar el área superficial. Más a menudo, el soporte
y el catalizador interactúan, afectando a la reacción catalítica.
• Catalizadores homogéneos
Normalmente los catalizadores homogéneos están disueltos en un disolvente con
los sustratos. Un ejemplo de catálisis homogénea implica la influencia de H+ en la
esterificación de los ésteres, por ejemplo, acetato de metilo a partir del ácido acético
y el metanol.9 Para los químicos inorgánicos, la catálisis homogénea es a menudo
sinónimo de catalizadores organometálicos.
• Electrocatalizadores
En el contexto de la electroquímica, específicamente en la ingeniería de las pilas de
combustible, que contienen varios metales los catalizadores se utilizan para mejorar
las velocidades de las semirreacciones que conforman la pila de combustible. Un
tipo común de electrocatalizador de pila de combustible se basa en nanopartículas
de platino que están soportadas en partículas un poco mayores de carbón. Cuando
este electrocatalizador de platino está en contacto con uno de los electrodos en una
pila de combustible, aumenta la velocidad de reducción del oxígeno a agua (o
hidróxido o peróxido de hidrógeno).

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• Luz UV
La luz ultravioleta, junto con un catalizador, permite la fotocatálisis: la aceleración
de una reacción química por obra de un catalizador activado por la energía lumínica
de la ultravioleta. El ozono y los óxidos de metales de transición son
fotocatalizadores comunes.
• Cloruro de aluminio.
Este catalizador se emplea en la industria petroquímica para obtener resinas
sintéticas o sustancias lubricantes, sin alterar la delicada naturaleza de los
hidrocarburos en cuestión, ya que posee propiedades ácidas y básicas al mismo
tiempo (es anfótera).
• Derivados del flúor.
Aceleran la descomposición del ozono (O3 → O + O2), que es normalmente una
reacción bastante lenta. He allí el problema de los aerosoles y refrigerantes que
liberan CFC a la atmósfera: diluyen la capa de ozono.
• Sustancias ácidas.
Los protones liberados por la mayoría de las sustancias ácidas pueden jugar el
papel de catalizadores en determinadas reacciones químicas, como la hidrólisis
(ruptura de los ésteres para formar ácidos carboxílicos y alcoholes) de ésteres
(derivados orgánicos del petróleo).
• El zinc.

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Es un común catalizador en la constitución de cicloalcanos (hidrocarburos
saturados) empleados en la perfumería, la industria petrolera y otros.
• Dióxido de manganeso (MnO2).
Este compuesto es un catalizador frecuente para acelerar la descomposición del
peróxido de hidrógeno o agua oxigenada (2H2O2 → 2H2O + O2).
• El hierro (III).
Este metal se emplea como catalizador en el proceso de Haber-Bosch para la
obtención de amoníaco a partir de hidrógeno y nitrógeno.
• Pentóxido de vanadio (V2O5).
Es un compuesto altamente tóxico que al calentarse pierde oxígeno
reversiblemente. Por eso es empleado como catalizador en la obtención de ácido
sulfúrico a partir de dióxido de azufre (SO2).
• Titanio.
Mezclado con aluminio, se emplea en el proceso de polimerización de Ziegler-Natta
para acelerar la obtención de polietileno de alta densidad (HDPE), empleado para
fabricar envases y tapas de botellas plásticas.
• Níquel.
Finamente dividido, se emplea en la hidrogenación de aceites vegetales a través de
la cual se obtiene la margarina: las grasas insaturadas se vuelven saturadas
mediante el bombardeo de hidrógeno y dicho metal acelera este proceso.
• Dióxido de silicio o sílice (SO2).
Es uno de los catalizadores más empleados en el proceso de craqueo catalítico del
petróleo, sumada a la alta presión y temperaturas. El cracking consiste en la
obtención de sustancias más sencillas a partir de un hidrocarburo complejo.
• Cobalto (Co) y molibdeno (Mo).

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Son sustancias empleadas sobre alúmina en el proceso de reformado catalítico del
petróleo, en el que se separa a la nafta pesada del azufre y el nitrógeno, para
incrementar su octanaje.
• Permanganato potásico (KMnO4).
Se emplea como catalizador de la reacción química que transforma los alquenos
(hidrocarburos insaturados u olefinas) en dioles.
• Platino.
Este metal se utiliza como catalizador en ciertas reacciones de obtención de
derivados del benceno, como el ciclohexano, indispensable en la fabricación del
nylon.
• Oro.
Investigaciones recientes acusan la eficacia del oro como nanocatalizador, es decir,
cuando se halla en agrupaciones atómicas de entre ocho y dos docenas de átomos.
• Ácido cítrico.
El ácido contenido en el limón u otros frutos cítricos permite enlentecer (catálisis
negativa) el proceso de oxidación de materia orgánica. Esto puede comprobarse
con un trozo de manzana.
• Plata.
La plata policristalina y la plata nanoporosa en experimentos de electrocatálisis son
efectivos aceleradores de los procesos de reducción del dióxido de carbono (CO2),
que permiten la obtención eficiente de productos químicos útiles.
Nueva generación de catalizadores
• Organocatálisis
Mientras que los metales de transición a veces atraen más la atención en el estudio
de la catálisis, las moléculas orgánicas que no contengan metales también pueden
poseer propiedades catalíticas. Normalmente, los catalizadores orgánicos requieren

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una mayor carga (o cantidad de catalizador por unidad de cantidad de reactivo) que
los catalizadores basados en metales de transición, pero estos catalizadores suelen
estar disponibles comercialmente en grandes cantidades, ayudando a reducir los
costos. A principios de los 2000, los organocatalizadores fueron considerados una
"nueva generación" y eran competidores de los tradicionales catalizadores que
contenían metales. Las reacciones enzimáticas operan a través de los principios de
la catálisis orgánica.
• Nanocatálisis
El principio de la nanocatálisis se basa en la premisa de que los materiales
catalíticos aplicados en la nanoescala tienen mejores propiedades, en comparación
con lo que exhiben en una macroescala.

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CONCLUSION
Los catalizadores (La sustancia que acelera o retarda un proceso químico)
aumentan la rapidez de una reacción sin transformarla, además empeoran la
selectividad del proceso, aumentando la obtención de productos no deseados. La
forma de acción de los mismos es modificando el mecanismo de reacción,
empleando pasos elementales con mayor o menor energía de activación.
Existen catalizadores homogéneos, que se encuentran en la misma fase que los
reactivos (por ejemplo, el hierro III en la descomposición del peróxido de hidrógeno)
y catalizadores heterogéneos, que se encuentran en distinta fase (por ejemplo la
malla de platino en las reacciones de hidrogenación).
Los catalizadores también pueden llegar a retardar reacciones, no solo acelerarlas,
en este caso se suelen conocer como inhibidores.
Existen ciertas sustancias llamadas promotoras, que no tienen capacidad catalítica
en sí, pero aumentan la eficacia de los catalizadores. Por otra parte, los materiales
que reducen la eficacia de un catalizador se denominan venenos.
A medida que la reacción tiene lugar, disminuye la concentración de los reactivos
según se van agotando. Del mismo modo, la velocidad de la reacción también
decrece. Al mismo tiempo aumentan las concentraciones de los productos,
tendiendo a colisionar unos con otros para volver a formar los reactivos. Por último,
la disminución de la velocidad de la reacción directa se equipara al incremento de
la velocidad de la reacción inversa, y cesa todo cambio. El sistema está entonces
en "equilibrio químico", en el que las reacciones directa e inversa tienen lugar a la
misma velocidad.