Tipos de catalisadores (artigo) Cinetica Khan Academy

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BNCC.EMCiencias: EM13CNT102, EM13CNT202,
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O que é um catalisador? Inclue exemplos de enzimas,
catalisadores ácido-base e catalisadores
heterogêneos (ou de super!cie). 
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Principais pontos
Um catalisador é uma substância que pode
ser adicionada a uma reação para aumentar a
sua velocidade sem ser consumida durante o
processo.
Os catalisadores em geral aceleram uma
reação pela diminuição da sua energia de
a#vação ou mudança do seu mecanismo.
Enzimas são proteínas que atuam como
catalisadores em reações bioquímicas.
Catalisadores comuns incluem enzimas,
catalisadores ácido-base, e catalisadores
heterogêneos (ou de super!cie).
Introdução: Um experimento
mental de ciné"ca
Seu cérebro usa a oxidação da glicose como
combus$vel. Esta oxidação pode ser
representada conforme mostra a reação abaixo:
Sem esta reação, aprender química seria muito
mais di!cil. Felizmente, a reação de oxidação é
termodinamicamente favorável a uma vez
que .
Você sabia que a glicose foi primeiramente isolada a par!r de uvas
passas? Imagem de Wikimedia Commons, domínio público
Por que não tentamos? Encontre algum alimento
que seja bom e doce, como uva-passa. Adicione
um pouco de gás oxigênio (por exemplo,
mantenha-o em contato com o ar). O que
acontece?
Você nota uma liberação de energia térmica? A
formação de água e um bom poof explosivo de
gás de dióxido de carbono?
As possibilidades são de a uva-passa não fazer
muito além de talvez secar um pouco mais.
Mesmo sendo a oxidação da glicose uma reação
termodinamicamente favorável, verifica-se que
a velocidade de reação é muito muito muito
lenta.
A velocidade de uma reação depende de fatores
tais como:
Energia de a#vação
Temperatura: se você aquecer as passas a
uma temperatura alta o suficiente, elas
provavelmente pegarão fogo e oxidarão
Esses dois fatores estão in#mamente
relacionados: o aumento da temperatura de
reação aumenta a energia ciné#ca das moléculas
do reagente. Isso aumenta a probabilidade de
que eles terão energia suficiente para superar a
barreira de a#vação.
Como seu corpo resolve esse problema para a
oxidação de glicose? Afinal, a sua temperatura
corporal não é muito maior do que ,
então, como essa reação está acontecendo
con#nuamente em seu corpo?
Sistemas biológicos usam catalisadores para
aumentar a taxa da reação de oxidação de tal
forma que ela ocorra em uma taxa mais rápido
em temperaturas mais baixas. Nesse ar#go, nós
falaremos mais sobre o que é um catalisador, e
sobre os diferentes #pos de catalisadores.
O que é um catalisador?
Catalisadores são substâncias que podem ser
adicionadas a uma reação para aumentar sua
velocidade sem serem consumidas no processo.
Eles geralmente agem através da
1. Diminuição da energia do estado de
transição, o que consequentemente leva à
diminuição da energia de a#vação, e/ou
2. Mudança do mecanismo da reação. Isto
também altera a natureza (e energia) do
estado de transição.
Catalisadores estão por toda a parte! Muitos
processos bioquímicos, como a oxidação da
glicose, dependem fortemente de enzimas,
proteínas que se comportam como
catalisadores.
Outros #pos comuns de catalisadores incluem
catalisadores ácido-base e catalisadores
heterogêneos (ou de super!cie).
Exemplo: anidrase carbônica
A enzima anidrase carbônica catalisa a reação
reversível de dióxido de carbono e água
 para formar ácido carbônico. Quando a
concentração de no corpo é elevada
demais, a anidrase carbônica catalisa a seguinte
reação:
Regulando a concentração de ácido carbônico
no sangue e nos tecidos, a enzima é capaz de
manter o equilibrado no corpo.
Um diagrama de fita de anidrase carbônica II humana. A química
não é linda? A esfera cinzenta no centro da proteína é um íon do
zinco. Image de Wikimedia Commons, domínio público
A anidrase carbônica é uma das enzimas mais
rápidas conhecidas, com taxas de reação entre
 e reações por segundo. Isto é ainda
mais surpreendente em comparação com a
reação não catalisada, que tem uma taxa de
~ reações por segundo. Isso é um aumento
de ~ na taxa!!
O diagrama a seguir mostra um diagrama de
energia para a reação entre o dióxido de
carbono e água para formar ácido carbônico. A
reação com o catalisador é indicada com uma
linha azul, e a reação não catalisada é indicada
com uma linha vermelha.
Diagrama de energia para a reação entre o dióxido de carbono e
água para formar ácido carbônico. A adição de catalisador (linha
azul) reduz a energia do estado de transição, mas não muda a
 em comparação com a reação não catalisada (linha
vermelha). Image de Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
O catalisador reduz a energia do estado de
transição da reação. Como a energia de a#vação
é a diferença entre a energia do estado de
transição e a energia dos reagentes, diminuir a
energia do estado de transição diminui também
a energia de a#vação. 
Note que as energias dos reagentes e produtos
são as mesmas para as reações catalisada e não
catalisada. Portanto, o total de energia liberada
durante a reação, , não muda quando
você adicionar a enzima. Isso enfa#za um ponto
muito importante: a ciné#ca de uma reação, ou
seja, a taxa de reação não está diretamente
relacionada com a termodinâmica da reação.
Catálise ácido-base
Em catálises ácidas, o catalisador é geralmente
um íon . Em catálises básicas, o catalisador
geralmente é um íon .
Um exemplo de uma reação que pode ser
catalisada por ácido é a hidrólise da sacarose,
também conhecido como açúcar. A sacarose é
uma combinação de dois açúcares simples (ou
monossacarídeos), glicose e frutose. Com a
adição de ácido ou uma enzima tal como
sacarase, a sacarose pode ser dividida em
glicose e frutose, como exibido pela seguinte
série de reações:
A reação catalisada por ácido para formar glicose e frutose a
par!r de sacarose, a qual é também conhecido como açúcar de
mesa
No primeiro passo, a sacarose reage
reversivelmente com (em vermelho), para
formar sacarose protonada. A sacarose
protonada reage reversivelmente com a água
(em azul) para formar , uma molécula de
glicose e uma molécula de frutose. A reação
geral pode ser escrita como:
Como o aparece tanto como reagente como
produto em quan#dades iguais, ele não é
consumido durante a reação. Portanto, o
catalisador não aparece no lado dos reagentes
nem no lado dos produtos na reação geral.
Catálise heterogênea e de
super!cie
Catalisadores heterogêneos são aqueles que se
encontram em uma fase diferente daquela em
que estão os reagentes. Por exemplo, o
catalisador pode se encontrar no estado sólido
enquanto os reagentes estão na fase líquida ou
gasosa. 
Um exemplo de um catalisador heterogêneo é o
conversor catalí#co nos carros movidos a
gasolina ou diesel. Os catalisadores contém
elementos de transição catalí#cos incorporados
em um suporte de fase sólida. O catalisador em
fase sólida entra em contato com os gases do
sistema de escape do automóvel, aumentando a
velocidade de reação para formar produtos
menos tóxicos a par#r dos poluentes na
descarga do escapamento como monóxido de
carbono e combus$vel não queimado.
O catalisador em fase sólida dentro de um conversor catalí!co
reduz as emissões de gases tóxicos, o combus"vel não queimado,
e material par!culado. O suporte sólido é concebido para ter uma
elevada área superficial para aumentar a área de super#cie do
catalisador disponível para reagir com a descarga do
escapamento. Image de Oak Ridge Na!onal Laboratory no flickr,
CC BY-NC-ND 2.0
O conversor catalí#co é também um exemplo de
catálise de super#cie, em que as moléculas do
reagente são adsorvidos sobre uma super!cie
sólida antes de reagir com o catalisador para
formar o produto. A velocidade de uma reação
catalisada em super!cie aumenta com a área
superficial do catalisador em contato com os
reagentes. Portanto, o suporte sólido no interior
de um conversor catalí#co é concebido para ter
uma área de super!cie muito elevada, por
conseguinte, a aparência porosa de favo de mel.
Um outro exemplo de catálise heterogênea e
catálise de super!cie é o processou#lizado na
fabricação de plás#cos comuns (ou polímeros)
como o polie#leno. Estes catalisadores são
chamados catalisadores de Ziegler-Na"a, e são
usados desde a fabricação de embalagens de
plás#co até po#nhos de iogurte. Catalisadores
de elementos de transição são embu#dos em
um suporte sólido antes de reagir com os
materiais iniciais (também chamados de
monômeros) em fase gasosa ou em solução.
Polie!leno também é usado em ar!culações ar!ficiais! A
ar!culação arrendondada neste quadril ar!ficial é colocada em
um encaixe de polie!leno, que aparece claramente no raio X.
Imagem de Wikimedia Commons, domínio público
Mesmo que os reagentes estejam na fase
gasosa, o polímero formado é geralmente um
sólido. Eu imagino essa reação como algo
semelhante a fazer pipoca: o grão de milho não
estourado é o catalisador no suporte sólido. Os
monômeros gasosos reagem para formar
camadas de polímero sólido, que em algum
momento se torna uma "pipoca" polimérica.
Química é como mágica!
Resumo
Um catalisador é uma substância que pode
ser adicionada a uma reação para aumentar a
sua velocidade sem ser consumida no
processo.
Os catalisadores em geral aceleram uma
reação pela diminuição da sua energia de
a#vação ou mudança do seu mecanismo.
Enzimas** são proteínas que atuam como
catalisadores em reações bioquímicas.
Tipos comuns de catalisadores incluem
enzimas, catalisadores ácido-base e
catalisadores heterogêneos (ou de
super!cie).
Equação de Arrhenius e mecanismos de reação
Tipos de catalisadores
C H O (s) +6 12 6 6O (g) →2 6CO (g) +2 6H O(l) +2 calor ΔG a 25 C = −2885
∘ ∘
mol
kJ
25 C∘
ΔG <∘ 0
25 C∘
(CO )2
(H O)2
CO2
CO +2 H O →2 H CO2 3
pH
104 106
0,2
10 −5 107
without enzyme
with enzyme activation
energy with
enzyme
activation
energy without
enzyme
overall energy
released during
reaction
reactants
e.g.
products
E
ne
rg
y
Reaction coordinate
+ OHCO2
3CO
2
2H
ΔHrxn
Como é a taxa de reação relacionada com a
energia de a#vação?
ΔHrxn
H+
OH−
H+
H+
Sacarose + H O2
catalisador  cidoá Glicose + Frutose
H+
Como se chama um catalisador que está na
mesma fase dos reagentes?
−
Créditos e referências
Teoria da colisão
Equação de Arrhenius
Formas da equação de Arrhenius
Como usar a equação de Arrhenius
Teoria de colisão e a distribuição de Maxwell-
Boltzmann
Leis da velocidade para reações elementares
Mecanismos e a etapa determinante da velocidade
Mecanismos de reação
A aproximação pré-equilíbrio
Perfis de energia de reação com várias etapas
Catalisadores
Tipos de catalisadores
Tipos de catalisadores
Próxima lição
Espectroscopia
Classificar por: Mais bem votado
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Equação de Arrhenius e mecanismos de reação
13/11/2022 09:42
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