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  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

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     TEMA

    5.CATÁLISIS

    HOMOGÉNEA

       T  e  m

      a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

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    1 OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

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    EL EN!MENO "E LACA TÁLISIS

    La velocidad de reacción puede ser modificada porsustancias que no aparecen en el balance global de lareacción química (distintas de reactivos y productos,generalmente)Estas sustancias se denominan CATAL!A"#$E%

    "EINICI!N "ECA TALI#A"O$

    %e&'eli(s

    )1*+5,

    Ost-al

    )1/0,

    %ustancias que por su mera presencia provocanreacciones químicas que, de otro modo, no

    ocurrirían

    %ustancia que cambia la velocidad deuna reacción química sin ser modificada por el proceso

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m

      o  g   é  n  e  a

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    CATÁLISIS#currencia, estudio y uso decatali&adores y procesoscatalíticos

    OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

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    EL EN!MENO "E LACA TÁLISIS

    OT$AS "EINICIONES "ECA TALI#A"O$

    'n catali&ador es una sustancia que sin estarpermanentemente involucrada en la reacción, incrementa la velocidad con la que unatransformación química se aproima al equilibrio

    'n catali&ador es una sustancia que químicamente altera un mecanismo de reacción así como la velocidad total de la misma, regenerndose en el *ltimo paso de la reacción

    C()(LI*(R

    &tapa "enta € etapas m+s r+pidas ,en presencia de cata"izador-n cata"izador no act.a en reacciones / 0 1 ,termodin+micamente imposib"es-n cata"izador no modi2ica e" e3ui"ibrio 3uímico de una reacción4 5ace 3ue se ""egue m+sr+pido a é"n cata"izador reba6a "a energía de acti!ación de una reacción4 introduciendo un nue!omecanismo de reacciónn cata"izador no se consume durante "a reacción pero puede cambiar de una identidad3uímica a otra 7 !ice!ersa

       T  e  m  a   5

     –   C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g

       é  n  e  a

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    EL EN!MENO "E LACA TÁLISIS

     TI2OS "E CATÁLISIS EN 3NCI!N "E LASES2ECIES $ES2ONSA%LES "E LA ACTI4I"A"

    CA TAL5 TICA

    CA TÁLISISMOLEC3LA$

    Entidad catalítica ⇒ especies moleculares id+nticas

    Todos los centros catalíticos sonequivalentes

    CA TÁLISISS32E$ICIAL

    Catlisis que tiene lugar sobre entidades superficialesde una superficie etendida ⇒ cristalitos metlicos

    CA TÁLISIS EN#IMÁ TICA

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

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    En&imas sonproteínas (polímeros de

    aminocidos)

    que catali&an reacciones en organismo vivosy

    reacciones biológicas

    A3 TOCA TÁLISIS

    'no de los productos de la reacción química act*acomo catali&ador

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    EL EN!MENO "E LACA TÁLISIS

     TI2OS "E $EACCIONESCA TAL5 TICAS

    $eacciones catalíticas omog+neas

    %e producen en una *nica fase gaseosa o líquida

    $eacciones catalíticas eterog+neas

    -uy importante desde el punto de vista industrial

    #curren en sistemas de reacciones polifsicosLa reacción se produce en la interfase

    El catali&ador es un sólido y los reactivos gases

    y.o líquidos

    $eacciones catalíticas en&imticasLlevadas a cabo por en&imas (catali&adoresbiológicos) %on proteínas, entre /01/00nm, se encuentran entre la catlisis omog+nea y eterog+nea

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é

      n  e  a

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    !

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    EL EN!MENO "E LACA TÁLISIS

    COM2A$ACI!N ENT$E 2$OCESOS "E CATÁLISISHOMOGÉNEA 7 2$OCESOS "E CATÁLISIS

    HE TE$OGÉNEA2$#CE%#% "E CAT3L%% 4#-#567EA (8A%E L9'"A)

     A :a;a actividad, dado que el n*mero de centrosactivos por unidad de volumen de reactor esrelativamente ba;o

     A #peración a temperaturas medias para preservarla función del catali&ador

     A "ificultades en la separación del catali&ador delmedio de reacción

    (misma fase)

    2$#CE%#% "E CAT3L%% 4ETE$#567EA A Elevada actividad, ya que el n*mero de centros

    activos que puedeeponerse a los reactivos por unidad de volumen

    de reactor es

    ms elevado

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é

      n  e  a

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    ! Á

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    EL EN!MENO "E LA CA TÁLISIS

    COM2A$ACI!N ENT$E 2$OCESOS "E CATÁLISISHOMOGÉNEA 7 2$OCESOS "E CATÁLISISHE TE$OGÉNEA

    La mayor parte de los productos químicos de granconsumo (commodities), obtenidos industrialmente, sesinteti&an por medio de procesos catalíticosLos productos de alto valor a

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    3NCIONES "EL CA TALI#A"O$

    Los catali&adores son sustancias de gran inter+s decara a la

    aplicación industrial de una reacción química=entas de catali&adores (EE>''> ?00@ A /000millones B)

    O%:ETI4O "E LA A"ICI!N "E 3N CA TALI#A"O$

     A Aumentar  la  velocidad  (generalmente)  conla  que una transformación  química  seaproima  al  equilibrio>  Lasconcentraciones  de catali&ador  sonreducidas

     A El catali&ador es ms activo cuanto mayor sea elaumento de la velocidad por unidad decatali&ador

     A La incorporación de un catali&ador muy activo permiteC

    $educir el tiempo de operación de los reactores

    discontinuos

    $educir el tama

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    3NCIONES "ELCA TALI#A"O$

    O%:ETI4O "E LA A"ICI!N "E 3NCA TALI#A"O$

    Con!ersión de e3ui"ibrio4 B(e3?

    Con cata"izador9in cata"izador

    Con cata"izador

    9in cata"izador

    Concentración de e3ui"ibrio4 C(e3?

    Tiempo   Tiempo

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n

      e  a

          C    o    n    c    e    n      t    r    a    c      i      ó    n

          C    o    n    v    e    r    s      i      ó    n

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    3NCIONES "ELCA TALI#A"O$

    O%:ETI4O "E LA A"ICI!N "E 3NCA TALI#A"O$

     A $educir la velocidad de reacciones secundarias aciaproductos no deseados (catali&adores negativos oinibidores)

    -e;orar la selectividad de una reacción cambiando el rendimiento acia el producto deseado$educción del consumo de reactivo por unidad de producto deseado

    E:EM2LO %i $ es el producto deseado y% un subproducto, uncatali&ador adecuado

    A;1 $

    A;

    S

    deber aumentar

    D/

    y reducir D?

    S <&$ < ;1=&

    A;

    1>

    ;

    )I#O9 D& 9&L&C)I$ID(D

    Quimiose"ecti!idad 9e 2a!orece "a 2ormación deun grupo 2unciona" 2rente a otrosRegiose"ecti!idad 9e 2a!orece "a 2ormación de un

    isómero estructura" 2rente a otros&nantiose"ecti!idad 9e 2a!orece "a 2ormación de

    un isómero óptico 2rente a otro

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

    $

    10

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    3NCIONES "EL

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    3NCIONES "ELCA TALI#A"O$

    O%:ETI4O "E LA A"ICI!N "E 3NCA TALI#A"O$

    QI:IO9&L&C)I$ID(D

    CH2=CH2 + H2 /CO

    C()(LI*(DOR

    CH3CHO

    CH3-CH3

    CHO

    R&/IO9&L&C)I$ID(D

    RCH=CH2 + H2 /CO

    C()(LI*(DORR

    CHO

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n

      e  a

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    R

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    3NCIONES "ELCA TALI#A"O$

    MECANISMO "E ACT3ACI!N "E 3NCA TALI#A"O$ EN 3NA $EACCI!N ?35MICA

     A El catali&ador no sufre transformación química durante la reacción, pero no puede considerarse como una sustancia inerte

     A El catali&ador es una especie activa que sufretransformaciones en las etapas del mecanismo de la reacción, pero que finalmente se regenera (puedeser considerado como reactivo y producto de lareacción)

    $. no@atalA ti@a

    $. @atalA ti@a

    A >%

    A > % >C

    ;1

    ;=1

    ;1

    ;=1

    A%B;

    A%CB;

    $ > S

    $ > S > C

     A El catali&ador no aparece en la descripción estequiom+trica de la

    reacción aunque aparece directa o indirectamente enla ecuación

    cin+tica

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

    A El t li d ti id li it d ( ti

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     A El catali&ador tiene una vida limitada (en tiempos cortos se puede considerar que permaneceinalterado)

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    3NCIONES "EL

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    3NCIONES "ELCA TALI#A"O$

    MECANISMO "E ACT3ACI!N "E 3NCA TALI#A"O$ EN 3NA $EACCI!N ?35MICA

     A El catali&ador modifica el mecanismo por el quetranscurre la reacción facilitando la formación decomple;os intermedios de menor nivel energ+tico yprovoca una reducción de las energías de activaciónE/ y E? directamente relacionadas con la velocidad del proceso

    (>

    (>C

    E1 E

    2

     A El equilibrio no se verafectado

    por la presencia decatali&adorAcelera la velocidad de

    reacción directa einversa

    Reactivos

    H

    Productos

     A El catali&ador no act*asobre

    reacciones termodinmicamenteimposibles ( 50A0)

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o

      g   é  n  e  a

       E  n  e  r  g     a

        p    o

          t    e    n    c      i    a      !

    E1   E

    2

    H

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    Transcurso de !a reacción1+ OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

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    3NCIONES "ELCA TALI#A"O$

    MECANISMO "E ACT3ACI!N "E 3NCA TALI#A"O$ EN 3NA $EACCI!N ?35MICA

    La constante cin+tica de una reacción llevada a cabo enpresencia deun catali&ador tambi+n cumple la relación de Arrenius

      E    ; < A eD =

    a no @at. E  ; < A eD =

    a @at.sin @at. no@at.

    $T

      @on @at. @at. $T

       

    E 1ln; < = a >lnA

    !n "

    $ T E /RTaF < m > n #

    $

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n

      e  a

       !  n

          %

    1/T '-1

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    1/T& ' 1

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    3NCIONES "ELCA TALI#A"O$

    MECANISMO "E ACT3ACI!N "E 3NCA TALI#A"O$ EN 3NA $EACCI!N ?35MICA

    En una reacción catalítica el n*mero de coques entrelas mol+culas de reactivo ylas mol+culas de catali&ador(representado por elfactor pre1eponencial) 

    es /0/?& de "a reacción

    veces menor que entrereactivos>

    %in embargo, esto se vecompensado por el descensode la energía de activación de la reacción catalítica, de tal forma que el efecto

    &a de "a reacciónno cata"ítica

    a

    cata"ítica

    global sobre la constantecin+tica

    de la reacción catalítica es que sea

    notablemente mayor que la

    constantecin+tica de lareacción en

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o

      g   é  n  e  a

       !  n

          %

    1/T& '-1 ⇓

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    1/T& '

    ; @at. GG ;no @at.

    ausencia decatali&ador

    )=& ,GG )=& ,

    A @at. A no @at.

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    3NCIONES "EL

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    3NCIONES "ELCA TALI#A"O$

    E:EM2LO)I,

    La reacción de descomposición de +ter etílico se lleva acabo a @00

    A

    D&o(@tos

    %e dispone de los siguientes datoscin+ticosCEa (reacción no catali&ada) F ?/@

    DG mol1/

    Ea (reacción catali&ada, ?) F /H?

    DG mol1/

    Do (r> no catali&ada) F IH,J Do(r> catali&ada)

    "eterminar e

    l aumento de la velocidad de

    reacción

    =& <;) T,Cn

    < ; eD =E $T Cn

    A)no @at., A 0)no @at., a)no @at., A

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

    & < ; eD E $T Cn

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    =& <;) T,Cn

    < ; eD =E $T CA)@at., A 0)@at., a)@at., A

    ;0)@at.,eD =Ea)@at., $ T

    a(mento )=&A , < <;

    0)no @at.,eD =Ea)no @at., $ T

    eD 95000 :mol=1

    *+16 :mol=1

     =1 900  

    < < 1055+65

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    A; e $

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    A $

    La velocidad de reacción global ⇒ suma de las dosreacciones

    =&A <;eCA

    > ;@CA CC

    <

    );e

    > ; @CC ,CA

    < ;CA

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    MECANISMOS 7 EC3ACIONES

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    MECANISMOS 7 EC3ACIONESCINÉ TICAS "E $EACCIONES CATAL5TICASHOMOGÉNEAS

    $EACCIONES NO ELEMEN TALES

    En la ecuación cin+tica pueden aparecerC

     A t+rminos independientes de la concentración del 

    catali&ador

     A t+rminos con la concentración del catali&ador de órdenes superiores

     A t+rminos inversamente proporcionales a la concentración del catali&adorA > % @atali'ao&)C,

    ;1

    $ > S

    E :EM2LO

    A > C ACB;=1

    ACB > % ; $ > S > C

    CACBt

    < ;1CCCA = ; =1C

    ACB= ;

    C

    ACBC

    %< 0

    CACB<

    ;1CCCA

    ;=1

    >

    ;C%

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m

      o  g   é  n  e  a

    & < ; C C ; ; C C ; JJ & < ; C C C

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    &$

    < ;CACBC%<

    ;1;CCCAC%

    ; > ; C

    ;=1

    JJ

    ;C

    %

    &$

     1;CCCA C%

    =1 % ; =1 KK;

    C

    %

    &$

    < ;1CCCA

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    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$ %ASES

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    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$ %ASES

    Las reacciones catali&adas por cidos o bases son lasms frecuentes en catlisis omog+nea en disolución

    (numerosas reacciones de 9uímica #rgnica)

    "E87CK7 "E 3C"# :A%E (Teoría :rMnsted)

    'n cido A4 es una sustancia capa& de ceder un protónpara formar

    su base con;ugada correspondiente A1

    'na base : esla sustanc

    ia capa& de rec

    ibir un protón

    para formar su

    cido con;ugado

    :4Nbase

    con;ugada cidocon;ugado

    AH > % A= > %H>

    El agua act*a como disolvente anfótero

    act*a comocido

    H O > NH OH= > NH>

    + 6

    act*a como base

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s

       H  o  m  o  g   é  n  e  a

    CH COOH > H O CH > H O>

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    37/71

    CH COOH > H O CHCOO =

    > H O+ + +

    1/ OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$ %ASES

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    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$ %ASES

    2ara una reacción elemental gen+rica catali&ada porcidos o bases

    S > C; @ 2 >

    C

    % reactivo o sustrato2 productoCC diferentes especies presentes en elmedio

    con actividad catalítica

    2rotones (4N) cidos (A4)

    4idroilos (#41) bases (A1)

    C C > ; C C > ; C C > ; C C=&S < ; eCS >

    ;H H> S

    OH= OH= S AH AH S A= A= S

    @atálisis esDe@i@a @atálisis gene&al

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

    >

    cida bsica cida bsica

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    39/71

    0 OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$

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    40/71

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$%ASES

    CATÁLISISES2EC5ICA

    función de las concentraciones de #41

    y 4N

    =elocidad de

    reacción

    independiente de las concentraciones 

    de las

    otras especies cidas o bsicas

    C C > ; C C > ; C C > ; C C=&S < ; eCS >;

    H H> S

    OH= OH= S AH AH S A= A= S

    C C > ; C C=&S < ; eCS >;

    H H> S

    OH=

    OH=

    S

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

    >

    >

    La obtención de datos cin+ticos variando el p4 y

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    41/71

    p y

    manteniendo

    constantes las concentraciones de los dems reactivos permite obtener

    una información valiosa en estos sistemas

    La catlisis 

    específica se

    Catlisis específica bsica

    subdivide enCatlisis específica cida

    1 OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

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    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$%ASES

    CATÁLISIS ES2ECICAÁCI"A

    =&S < ; > C > Clog)=&S , < log);H> Cs , >

    logCH>

    < log); > C,

    = DH

    CATÁLISIS ES2ECICA %ÁSICA

    =& < ; C C < ; C

    - -

    S OH= OH= S OH= S

    H>D&o(@to ioni@o

    log)=&S , < log); OH= CS - , =

    logCH>

    < log); = C , > DH

    'na reacción puede transcurrir tanto por catlisis cidacomo por

    catlisis bsica, e incluso puede ocurrir de formaespontnea (no

    H s

    H H s

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á

       l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

    C

    OH S -

    catali&ada)

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    43/71

    El cambio del mecanismo por el que transcurre la reacción se pondr de manifiesto como un cambio en lapendiente en la representación log(1r%) vs p4

    OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

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    CATÁLISIS ÁCI"OS%ASES

    CATÁLISIS ES2ECICAÁCI"AM%ÁSICA

    ( log)=&S , < log);H> Cs , = DH

    3 2Catlisis cidaC pendiente 

    1/

    1 ) log)=&S , < log); OH= CS - , >

    DHCatlisis bsicaC pendiente /

    *

    log)=&S

    , < log); e

    CS

    ,<

    @te7o catali&adaC pendiente 0

    pH

    Línea / ⇒ catlisis cida eclusivamente

    (

    3 2

    1 )

    *

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

       !  o  g

       +  -  r      ,

       

    Línea ? ⇒ catlisis bsica eclusivamente

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    45/71

    Línea I ⇒ catlisis cida y de forma espontnea(no catali&ada) Línea H ⇒ catlisis bsica y deforma espontnea (no catali&ada)

    Línea J ⇒ catlisis cida, bsica y de forma

    espontnea (no catali&ada) Línea O ⇒ catlisis cida ybsica

    + OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    46/71

    C S S%ASES

    ALG3NOS E:EM2LOS "E CATÁLISIS ES2ECICAÁCI"AM%ÁSICA

    CATAL%% E%2ECP8CA 3C"A

    HNO

    @atali'ao& C H NO > H O

    Cata"izador 'E9OF8 8 + 8 5

    'idratación de eteno CH H O @atali'ao& CH CH OH

    Cata"izador 'G#OF +

    Reaccíón deesteri2icación

    CH+COOH >CH+CHOH

    @atali'ao&

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e

      a

    Cata"izador 'E9OF CH+COOOHC > HO

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    47/71

    H+

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  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

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    5 OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    50/71

    %ASES

    CATÁLISISGENE$AL

    función de las concentraciones de

    especies cidas=elocidad de

    reacción

    (ceden protones) y bsicas (aceptan

    protones)

    independiente de las concentraciones de

    #41 y 4N

    C C > ; C C > ; C C > ; C C=&S < ; eCS >;

    H H> S

    OH= OH= S AH AH S A= A= S

    =&S ;AHCAHCS

    > ; = C = C

    CATÁLISIS GENE$AL ÁCI"A

    =&S < ; AHCAHCS

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H

      o  m  o  g   é  n  e  a

    >

    A A S

    La constante cin+tica de la especie cida depende de su

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    51/71

    La constante cin+tica de la especie cida depende de sufuer&a cida(Ley de :rMnsted) 5A y son constantes>

    AH A= >H>

    ;

    AH

    < GA a)AH,

    C C a)AH,

    <CAH

    8 OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

    = >A H

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    52/71

    %ASES

    CATÁLISIS GENE$ALÁCI"A

    =& < G C C < G  C C  

    A H C C < G C C C1= C

    S A a)AH, AH S A   CAH  AH S A A= H> AH S

    log)=& , < log )G C C1= C , > log)C,A H

    log)=& , < log )G C C1= C , = DHA

    log(1r%) pdte>

    0 1

    F 0

    = >

     

    S A = AH S >

       T  e  m  a

       5 –   C

      a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

    S A = AH S

    p4

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    p9 OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    54/71

    %ASES

    CATÁLISIS GENE$AL%ÁSICA

    =&S < ; = C = CLa constante cin+tica de la especie bsica depende de sufuer&a bsica(Ley de :rMnsted) 5: y son ctes>

    A= A >OH=

    ;A

    < G% )A= ,

      <)A ,

    CAC

    OH=

    C

    =& < G C C < G  C

    AC

    OH=

     

    A=

    C C < G C C1=

    C C

    S % )A=

    , A=

    S %   CA=  A

    =

    S % A A=

    S OH=

    log)=& , < log)G CC1=A

    CS, > log)C

    OH=

    ,

    -

    D&o(@toioni@o

    A A S

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

    =

    =

     

    S % A =

    C , l )C ,

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    55/71

    log)=& , < log)G CC1=A

    CS

    -, = log)C

    H>,

    log)=& , < log)G C C1=A

    CS

    -, > DH

    * OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

    S % A =

    S % A

    =

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$

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    56/71

    %ASES

    CATÁLISIS GENE$AL%ÁSICA

    log(1r%) pdte>

    0 1

    F 0

    p4

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

    /

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    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$E

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    %ASES

    EST$ATEGIAS 2A$A LA "ISC$IMINACI!NEN T$E CATÁLISIS ES2ECICA O GENE$AL

    C C > ; C C > ; C C > ; C C=&S < ; eCS >;

    H H> S

    OH= OH= S AH AH S A= A= S

    CAT3L%% 3C"A

    3cido(A4)

    p4 F

    cte

    (1r%) varía ⇒ 5E7E$AL

    CA1 Fcte

    (1r )

    constante ⇒ E%2ECP8CA

    "isolución tamponada%

    CAT3L%% :3%CA

    >

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e

      a

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

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    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$%ASES

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    %ASES

    E:EM2LO )II,

    %e a estudiado en un reactor discontinuo la descomposición irreversible del reactivo A líquido a?0 QC en presencia de 4Cl que act*a comocatali&ador> %e an obtenido los siguientes datosde la constante cin+tica en función de la concentración de 4Cl utili&ada

    CHC!

    1.3& mo! !-1 2.&.( ).&2( *.&2. .&2(

    %aparente 1.)& s-1 3&)1 (&.0. *&*1* &()

    /> "etermine el orden de reacción con respecto al catali&ador y

    determine las constantes cin+ticas de la reacción catali&ada y de

    la reacción no catalítica>?> "etermine el tiempo necesario para alcan&ar un @0R

    de conversión del reactivo A si la reacción selleva a cabo en presencia de una concentración decatali&ador de J,JS/01?  mol l1/y compare este valor con el obtenido para la mismaconversión en ausencia de catali&ador>

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

    +1 OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

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    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$%ASES

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    %ASES

    E:EM2LO )II,

    A)l, @atali'ao&)C,H>

    D&o(@tos)l,

    =& < =CA

    < ;CnA

    > ; Cn

    C

    CnA< ); > ; CnC,CnA <

    reactor

    A t e A H>

    H> A e

    H>

    H> A

    discont

    inuo

    nAaDa&ente A ;aDa&ente<

    );e

    > ; Cn

    C

    ,H H

    De acuerdo a "as unidades de "a constante

    cinética aparente ,proporcionadas comodato- e" orden de reacción con respecto a"reacti!o ( es "a unidad?

    9OLCI<

    Japarente !s C'K ⇒ "ínea recta ⇒ nCM   T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

    < ; C > >

    1.-)

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    63/71

    * 1.-)) 1.-)

    @M @Mpdte? J'K E4N M1@ " mo"'K s

    o?o? Je N4N M1@G s@M " mo"'K@Ms

    @M2 1.-)

    . .&.2 .&.) .&.* .&. .&1

    CHC!

    & mo! !-1

    + OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

       %  a  p  a  r  e  n   t  e &    s   -      1

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$%ASES

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

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    %ASES

    E:EM2LO )II,

    Cul es el tiempo necesario para alcan&ar un @0R deconversión del reactivo A para C4N  FJ,JS/0

    1?  mol l1/U

    ;aDa&ente

    <

    );e

    > ; C , < 81* 10=6H H s=1

    =& < =CA

    < ; C =ln)1 = , < ; t

    A t aDa&ente A A aDa&ente

    t <=ln)1 =

    A,

    < =

    ln)1 =09,

    < 1/50 s

    =6

    aDa&ente s

    =1

    Cul es el tiempo necesario para alcan&ar un @0R deconversión delreactivo A sin catali&adorU

       T  e  m

      a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o

      m  o  g   é  n  e  a

    > >

    ; 81* 10

    =& < =C< ;C

    =ln)1 = , < ; t

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

    65/71

    CAC

    At

    e A A e

    t <

    =ln)1 = A

    ,

    < =

    ln)1 =

    09,

    < 6/0 s

    ; 81* 10=6 s=1

    ++ OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

    e

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$%ASES

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    %ASES

    E:EM2LO )II,

    En un reactor discontinuo se lleva a cabo en faselíquida a /00 QC, la reacción irreversible elemental ?A   :, catali&ada por unprotón procedente del cido sulf*rico (ordenrespecto al catali&ador es la unidad)>%e dispone de los siguientes datos eperimentalesC

    V Cuando la concentración inicial de A es /0 mol l1/ y

    la protones es

    0,0/ mol l1/, se alcan&a una conversión de A del HH,HHR al cabo de

    ?0 minutos

    V Cuando la concentración inicial de A es /0 mol l1/ yla protones es

    0,0J mol l1/, se alcan&a una conversión del @0,OR a

    los ?0 minutos

    /> "educir la epresión de variación de la conversión de A con el tiempo>

    ?> Calcular las constantes cin+ticas de la reacciónomog+nea no catali&ada y de la reacción omog+nea catali&ada>

       T  e  m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

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    +6 OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

    CATÁLISIS 2O$ ÁCI"OS 7 2O$%ASES

  • 8/15/2019 Catalisis Nuevo

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    %ASES

    E:EM2LO )II,

    A)l, %)l, =& < =1CA < ; C

    A

    t1 A

    @atali'ao& )C, 1 CA

    A)l, %)l,H

    =&A < = t< ;CA CH>

    =C

    A CA t< ); > ; C , t

    ∫ 

    A0 A

    1 H>

    ∫ 01

    <1 > ); > ; C ,t

    A < C ); > ; C ,tC

    ACA

    1 H> 1 = A

    A0 1 H>

    WA

    F 0,HHHH CA0

    F /0 mol l1/ t F ?0

    min C4N  F 0,0/ mol l1/

    WA F 0,@0OCA0 F /0 mol l1/ t F ?0 min

    C4N  F 0,0J mol l1/

    9OLCI<

    >

    C   T  e  m  a   5

     –   C  a   t   á   l   i  s   i  s   H  o  m  o  g   é  n  e  a

    C

    0

    JM 1411M " mo"@M min@M

    J 1 M "E mo"@E min@M

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    JE 14M "E mo" E min M

    +5 OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – ni!ersidad de" #aís $asco%&'

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    70/71

     TEMA

    5.CATÁLISIS

    HOMOGÉNEA

       T  e

      m  a

       5 –

       C  a   t   á   l   i  s   i  s   H

      o  m  o  g   é  n  e  a

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