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Catalizador en equilibrio químico

1850
Químico realizando experimentos con catalizadores en un laboratorio de época, 1850.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Un catalizador aumenta la velocidad de las reacciones directa e inversa por igual al proporcionar una vía de reacción alternativa con menor energía de activación. Si bien un catalizador permite que un sistema alcance el equilibrio mucho más rápido, no altera la posición del equilibrio en sí. Las concentraciones de equilibrio de reactivos y productos, así como el valor de la constante de equilibrio K, permanecen inalterados.

La función de un catalizador puede visualizarse mediante un diagrama de perfil de energía de reacción. El catalizador reduce la energía del estado de transición, que es el pico de la barrera de energía entre reactivos y productos. Fundamentalmente, reduce esta barrera en la misma cantidad tanto para la reacción directa como para la inversa. Esto significa que la energía de activación para la reacción directa ([latex]E_{a,fwd}[/latex]) y la energía de activación para la reacción inversa ([latex]E_{a,rev}[/latex]) se reducen, pero la diferencia entre ellas, que corresponde al cambio de entalpía total de la reacción ([latex]Delta H = E_{a,fwd} – E_{a,rev}[/latex]), no se ve afectada.

Since the equilibrium constant K is related to the standard Gibbs free energy change ([latex]\Delta G^{circ} = -RT \ln K[/latex]), and catalysts do not alter the thermodynamics ([latex]\Delta G^{circ}[/latex], [latex]\Delta H^{circ}[/latex]) of the overall reaction, they cannot change the value of K. Their role is purely kinetic, enabling the system to achieve the thermodynamically favorable equilibrium state in a shorter amount of time. This is vital in industrial processes where reaching equilibrium quickly is economically necessary, as many thermodynamically favorable reactions are too slow to be practical without catálisis.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Química física

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Ecuación de Arrhenius que relaciona la velocidad de reacción con la energía de activación
  • concepto de energía de activación
  • Observaciones tempranas de sustancias que aceleran las reacciones sin ser consumidas (por ejemplo, por Kirchhoff y Davy).

Aplicaciones

  • catalytic converters in automobiles to reduce harmful emissions
  • enzymes in biological systems acting as biocatalysts
  • Proceso Haber-Bosch utilizando un catalizador de hierro
  • Proceso de contacto utilizando un catalizador de óxido de vanadio (v)
  • refinación y craqueo de petróleo

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • photocatalysts for water splitting to produce combustible de hidrógeno
  • electrocatalysts for more efficient fuel cells and batteries
  • Enzimas modificadas genéticamente para la química verde y la producción de biocombustibles
  • nanocatalizadores con gran área superficial para mejorar la eficiencia industrial
  • Catalizadores de un solo átomo para máxima eficiencia atómica y selectividad
  • Sistemas catalíticos para el reciclaje y la degradación de plásticos
  • enzimas artificiales (sinzimas) para terapias médicas dirigidas
  • catalizadores para la captura directa de CO2 en el aire
  • Materiales autorreparables con microcápsulas de catalizador-reactivo integradas
  • Sistemas de catálisis en tándem donde se producen múltiples pasos catalíticos en un solo recipiente.
Relacionado con: catalizador, equilibrio, energía de activación, velocidad de reacción, cinética, termodinámica, constante de equilibrio, reacción directa, reacción inversa, enzima.

Contexto histórico

Catalizador en equilibrio químico

1847
1850
1850
1850
1850
1850
1851
1845
1850
1850
1850
1850
1850
1851
1852

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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