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Catalizador en equilibrio químico

1850
Chemist conducting experiments with catalysts in a vintage laboratory setting, 1850.

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.

The function of a catalyst can be visualized using a reaction energy profile diagram. The catalyst lowers the energy of the transition state, which is the peak of the energy barrier between reactants and products. Crucially, it lowers this barrier by the same amount for both the forward and reverse reactions. This means the activation energy for the forward reaction ([látex]E_{a,fwd}[/latex]) and the activation energy for the reverse reaction ([latex]E_{a,rev}[/latex]) are both reduced, but the difference between them, which corresponds to the overall enthalpy change of the reaction ([latex]\Delta H = E_{a,fwd} – E_{a,rev}[/latex]), is not affected.

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 catalysis.

UNESCO Nomenclature: 2209
– Physical chemistry

Tipo

Sistema abstracto

Disrupción

Fundacional

Utilización

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

  • Convertidores catalíticos en automóviles para reducir las emisiones nocivas
  • enzimas en sistemas biológicos que actúan como biocatalizadores
  • 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

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