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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.

Dado que la constante de equilibrio K está relacionada con el cambio de energía libre de Gibbs estándar (ΔG° = -RT ln K), y los catalizadores no alteran la termodinámica (ΔG°, ΔH°) de la reacción global, no pueden modificar el valor de K. Su función es puramente cinética, permitiendo que el sistema alcance el estado de equilibrio termodinámicamente favorable en un tiempo menor. Esto es fundamental en procesos industriales donde alcanzar el equilibrio rápidamente es económicamente necesario, ya que muchas reacciones termodinámicamente favorables son demasiado lentas para ser prácticas sin 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

  • 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

Ideas para posibles innovaciones

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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

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

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