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Catálise

1835
  • Jöns Jacob Berzelius
Químico conduzindo experimento de catálise em ambiente laboratorial histórico.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Catalysis is the process of increasing the rate of a chemical reaction by adding a substance known as a catalisador. Catalysts are not consumed in the reaction and remain unchanged. They work by providing an alternative reaction pathway with a lower activation energy ([latex]E_a[/latex]), thereby accelerating both the forward and reverse reactions without altering the overall thermodynamics ([latex]\Delta H[/latex]).

The fundamental principle of catalysis lies in its ability to alter the kinetics of a chemical reaction without affecting its thermodynamics. A catalisador introduces a new reaction mechanism, often involving one or more intermediate steps. For a reaction A + B → C, a catalyst C’ might participate as follows: A + C’ → AC’ and then AC’ + B → C + C’. The catalyst C’ is regenerated at the end of the process. This alternative pathway has a lower transition state energy compared to the uncatalyzed reaction. The Arrhenius equation, [latex]k = Ae^{-E_a/(RT)}[/latex], shows that a lower activation energy ([latex]E_a[/latex]) leads to an exponential increase in the reaction rate constant (k). Importantly, the catalyst does not change the Gibbs free energy change ([latex]\Delta G[/latex]) or the equilibrium constant ([latex]K_{eq}[/latex]) of the reaction. It only affects the speed at which equilibrium is reached. This concept was first formally described by Jöns Jacob Berzelius in 1835, who observed that certain substances could accelerate reactions without being consumed, coining the term “catalysis” from Greek words meaning “to dissolve” or “to break down”.

Esse princípio é visualizado por meio de diagramas de coordenadas de reação, onde a via catalisada apresenta um pico de energia (estado de transição) mais baixo do que a via não catalisada. Embora a diferença de energia total entre reagentes e produtos permaneça a mesma, a barreira de energia a ser superada é significativamente reduzida. Isso permite que uma fração maior de moléculas reagentes possua energia suficiente para reagir após a colisão, resultando em uma taxa de reação mais rápida a uma dada temperatura.

UNESCO Nomenclature: 2202
Química física

Tipo

Processo Químico

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • conceitos alquímicos da pedra filosofal
  • Observações sobre a fermentação por Louis Pasteur
  • O trabalho de Humphry Davy sobre o efeito da platina na combustão de gás
  • descoberta do cloro por Carl Wilhelm Scheele, que mais tarde encontrou uso em reações catalisadas

Aplicações

  • síntese química industrial (ex.: amônia, ácido sulfúrico)
  • refino de petróleo
  • produção de polímeros
  • controle da poluição (conversores catalíticos)
  • fabricação farmacêutica

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • self-healing materials with embedded catalyst capsules
  • smart catalysts that activate only under specific light or ph conditions
  • catalytic systems for captura direta de carbono da atmosfera of co2
  • miniaturized catalytic reactors for on-demand chemical synthesis in space
  • catalysts designed by machine learning for breaking down persistent pollutants
  • biocompatible catalysts for in-vivo synthesis of therapeutic drugs
  • catalytic surfaces that prevent biofilm formation
  • catalysts for converting plastic waste directly into high-value chemicals
  • photo-responsive catalysts for solar-powered water splitting
  • catalytic nanoparticles for targeted cancer therapy
Relacionado a: catálise, catalisador, energia de ativação, velocidade de reação, cinética química, termodinâmica, caminho de reação, Jöns Jacob Berzelius, equilíbrio, estado de transição.

Contexto histórico

Catálise

1831
1832
1834
1835
1838
1841
1845
1831
1831
1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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