Trabalho sobre Catálise

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA
CATÁLISE 
(HOMOGÊNEA, HETEROGÊNEA E ENZIMÁTICA)
CINÉTICA BÁSICA
PROFª. RAFAELA LANDEIRO
NITERÓI
2015
INTRODUÇÃO
	A cinética química é a ciência que estuda as velocidades das reações químicas, que podem ocorrer em escalas temporais muito diversas, e os mecanismos pelos quais essas reações se processam. Alguns fatores isoladamente ou em conjunto podem influenciar a velocidade da reação como, por exemplo: Estado físico dos reagentes, temperatura, concentração dos reagentes, pressão, superfície de contato entre as diferentes fases de uma reação heterogênea e catálise.
A catálise consiste no emprego de materiais que participam de reações químicas, sem serem consumidos, mas por modificarem o mecanismo dessas reações, permitem que elas sejam efetuadas a menores temperaturas e/ou com uma velocidade reacional muito maior. Classicamente, a catálise é subdividida em três aréas: Homogênea, Heterogênea e Enzimática. Neste trabalho vamos ver a definição, vantagens e desvantagens e áreas de aplicação desses processos catáliticos.
CATÁLISE
	A catálise é um processo no qual a velocidade de uma reação é influenciada pela adição de uma substância química para diminuir a barreira de ativação (Ea) e, então, alterar o mecanismo de reação, fornecendo assim um caminho alternativo de reação, com energia de ativação menor que o caminho convencional. Os catalisadores permitem que as reações ocorram com maior velocidade e em temperaturas mais baixas. Além disso, os catalisadores devem ser utilizados em pequenas proporções e serem recuperados intactos ao final da reação. 	Na catálise dois parâmetros estão sempre sendo avaliados: a atividade catalítica, que mede a conversão, a taxa de transformação dos reagentes em produtos, e a seletividade, que mede a produção do produto desejável frente aos produtos indesejáveis.
Como as reações de catálise são muito comuns na indústria e no nosso dia a dia, incluindo no nosso organismo e no meio ambiente, existem diferentes tipos de catálise. Como por exemplo a catálise homogênea, a catálise heterogênea e a catálise enzimática.
TIPOS DE CATÁLISE:
Catálise Homogênea
	Neste tipo de catálise, reagentes e catalisador encontram-se na mesma fase, proporcionando melhor interação entre esses componentes e, consequentemente, resultando em melhor rendimento de reação. Além disso, permite que as transformações químicas sejam efetuadas de maneira controlada (estéreo e quimiosseletiva), e em condições mais brandas. É importante ressaltar que a aplicação industrial da catálise homogênea normalmente é limitada, devido às dificuldades de separação do catalisador do meio de reação.
Um exemplo de ação catalítica homogênea ocorre na reação entre o dióxido de enxofre com o oxigênio para a formação do produto trióxido de enxofre:
 
NO (g)2 SO2 (g) + O2 (g) → 2 SO3 (g) 
Catalisador da reação: NO gasoso. 
Reagentes: SO2 gasoso e O2 gasoso.
O catalisador e os reagentes possuem uma só fase (gás), ou seja, o sistema é monofásico.
Vantagens e desvantagens:
	Os processos de catálise homogênea apresentam como maiores vantagens a alta atividade catalítica (É uma medida de quão rápida é uma reação na presença do catalisador) em função de todos os sítios catalíticos estarem disponíveis aos reagentes e alta seletividade (A seletividade é a fração do material de partida que foi convertida no produto desejado) em função dos sitios catalíticos possuirem o mesmo tamanho e formato. As principais desvantagens são o custo de produção do catalisador, a dificuldade de separação do catalisador do produto final e a baixa estabilidade térmica.
Área de aplicação:
É muito utilizada na produção de fármacos e produtos medicinais.
Catálise Heterogênea
	A catálise heterogênea apresenta-se com fases distintas, na qual em uma delas encontra-se o reagente e na outra o catalisador. Reagentes e produtos, que se encontram nas fases líquida ou gasosa, permanecem ligados a uma superfície sólida (o catalisador) por meio de interações covalentes ou por adsorção. Desta forma, é possível separar eficientemente o produto formado do catalisador. 
Temos como exemplo a reação de produção da amônia a partir dos gases nitrogênio e oxigênio com o uso do ferro como catalisador. Enquanto os reagentes e o produto estão na fase gasosa, o catalisador está na fase sólida, formando um sistema bifásico:
Reação de produção da amônia
	A catálise heterogênea é um fenômeno superficial, ou seja, a reação ocorre apenas na superfície do catalisador sendo portanto dependente da área disponível. As etapas da catálise heterogênia são:
Difusão dos reagentes até a superficie do catalisador
Adsorção à superfície do catalisador
Reação
Dessorção dos produtos que devem abandonar o sítio catalitico
Difusão dos reagentes até o catalisador
Os catalisadores heterogêneos exibem em geral menor atividade, pois somente os átomos superficiais podem realizar a catálise. Além disso, pode haver desativação dos sítios ativos seja por uma sinterização (aglomeração das partículas) ou deposição de resíduos (Envenenamento do catalisador). A seletividade de catalisadores heterogênios também é menor em função dos sítios catalíticos não serem exatamente iguais em tamanho e formato, em função de variações morfológicas da superficie.
Vantagens e desvantagens:
	As vantagem da catálise heterogênea incluem facilidade de separação do catalisador e dos produtos, baixo custo para limpeza, boa estabilidade térmica, e a maior facilidade de recuperação e reutilização do catalisador. As desvantagens incluem menor seletividade, menor atividade e menor reprodutibilidade cinética mais complexa.
Área de aplicação:
É mais empregada em processos industriais, tais como aqueles ligados à petroquímica.
Catálise Enzimática
	A catálise enzimática ocorre quando as enzimas atuam como catalisadores biológicos, aumentando a velocidade das reações de nosso organismo. Na catálise as enzimas, substratos e produtos são os participantes da reação química.  As enzimas são moléculas de proteínas com grande massa molar que atuam como catalisadores biológicos, também chamados de biocatalisadores, ou seja, elas conseguem acelerar o metabolismo (reações do organismo).
As enzimas são altamente específicas, o que significa que cada uma age como catalisadora biológica de apenas uma reação. Isso ocorre porque a enzima possui um centro ativo que se combina com o composto que irá sofrer a ação enzimática. Esse composto é chamado de substrato, que são compostos que existem na célula e vão reagir quimicamente. 
 Um exemplo de catálise enzimática que podemos visualizar no cotidiano é quando nos machucamos e aplicamos água oxigenada sobre o ferimento. No momento ocorre uma intensa efervescência, que é a decomposição da água oxigenada. Essa decomposição ocorre muito lentamente, mas quando colocamos o produto em contato com o sangue, uma enzima chamada catalase aumenta a velocidade da reação.
Vantagens e desvantagens:
	É vantajoso usar enzimas , porque elas são naturais, não tóxicas e específicas para determinadas ações. Além disso, são capazes de alterar as características de variados tipos de resíduos, contribuindo para reduzir a poluição ambiental, são catalisadores muito eficientes, são ambientalmente corretos, as reações ocorrem em condições suaves, as reações enzimáticas minimizam os problemas como isomerização, racemização, epimerização e rearranjos que, muitas vezes, são fatores limitantes nos processos químicos e são compatíveis entre si. E a desvantagem, é que são fornecidos pela natureza somente em uma forma enantiomérica, exigem parâmetros de operação específicos, geralmente apresentam sua atividade catalítica máxima em água e são passíveis de sofrer inibição pelo substrato ou produto. 
Área de aplicação:
Nas indústrias de alimentos, cosméticos e perfumes, áreas clínicas, nutricional, ambiental e biotecnológica.CONCLUSÃO
	Tendo como base as informações abordadas neste trabalho, percebe-se que os processos catalíticos, sejam eles por catálise homogênea, heterogênea, ou enzimática, são de vital importância para o crescimento de uma sociedade sustentável. Esse fato deve-se aos processos catalíticos seguirem caminhos que conduzem a uma química viável, na qual ocorre a produção de compostos seletivos, ativos e estáveis, com menor dispêndio de energia e de combustível de forma eficiente e, ao mesmo tempo, não agressiva ao meio ambiente. Diferentes tipos de produtos podem ser obtidos por processos catalíticos, incluindo alimentos, medicamentos, combustíveis, polímeros, fragrâncias, dentre outros.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
http://www.mundoeducacao.com/quimica/catalise.htm ; Acessado em 25 de agosto de 2015
http://www.lcp.inpe.br/Plone/LCP/linhas-de-pesquisa/catalise-1; Acessado em 25 de agosto de 2015
http://www.fc.up.pt/A-quimica-do-dia-a-dia/catalise.html; Acessado em 25 de agosto de 2015
http://www.colegioweb.com.br/cinetica-quimica/catalise-homogenea-e-heterogenea.html; Acessado em 25 de agosto de 2015
https://prezi.com/opg9dc6gv0ku/mecanismo-de-catalise-enzimatica/; Acessado em 27 de agosto de 2015
http://www.brasilescola.com/quimica/catalise-enzimatica.htm; Acessado em 27 de agosto de 2015
http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/revista-ch-2007/242/enzimas-poderosa-ferramenta-na-industria; Acessado em 27 de agosto de 2015