Catálise e catalisadores

Prévia do material em texto

Catálise e catalisadores 
 
Catálise é definida como um conjunto dos processos ou fatores que ajudam a aumentar a 
velocidade das reações químicas, modificando os caminhos reacionais. Isto sem usar radiações 
ou alterações nos parâmetros reacionais clássicos de temperatura, pressão ou concentração 
(FARJADO). 
Assim catálise é a mudança de velocidade da reação química devido à adição de um catalisador. 
Este proporciona um novo percurso da reação sendo energeticamente mais favorável que a reação 
não catalisada. Isso se traduz geralmente numa diminuição da energia de ativação, com o 
consequente aumento da velocidade reacional. Existem duas formas de catálise, homogênea ou 
heterogênea (CIOLA). 
 
Homogênea: Quando os catalisadores e os reagentes estão em uma única fase, gasosa ou líquida, 
diz-se que a catálise é homogênea. Existem alguns fatores negativos correlacionados diretamente 
com este tipo de catálise, como: 
• Problemas ambientais com formação de rejeitos; 
• Separação dos produtos obtidos; 
• Problemas com corrosão. 
 
Heterogênea: Quando o catalisador constitui uma fase separada dos reagentes e produtos, diz-se 
catálise heterogênea. A catálise heterogênea possui algumas vantagens tanto econômicas quanto 
ambientais quando comparada com à catálise homogênea, como (CIOLA): 
• Minimização dos custos relacionados aos processos de separação e purificação; 
• Reutilização do catalisador; 
• Poucos problemas com rejeitos; 
• Alta estabilidade térmica; 
• Fácil manuseio; 
• Maior seletividade perante vários tipos de reações. 
 
Catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade de uma reação química sem ser 
consumido por ela. Os catalisadores podem acelerar a velocidade na qual uma reação atinge o 
equilíbrio, mas ele não afeta a composição do equilíbrio. 
 
Classificação dos catalisadores 
 
Os catalisadores heterogêneos com superfície definida, ou seja, sólidos nos quais a natureza e o 
valor da área superficial constituem a propriedade fundamental que caracteriza sua atividade 
podem ser classificados como: catalisadores mássicos e catalisadores suportados. Do ponto de 
vista da função química que representam, os catalisadores podem ser classificados como ácidos 
ou básicos. 
 
Suportado: Nos catalisadores suportados a natureza da superfície das partículas contendo a fase 
ativa é quimicamente diferente do interior, que pode ser chamado de suporte, mas que sozinho 
não pode realizar a transformação química desejada. 
 
Pode-se também classificar o catalisador quanto ao tipo de suporte tendo-se então suportes 
inativos e ativos. Os ativos são aqueles que, de alguma forma, interferem juntamente com o 
catalisador no processo de catálise, aumentando ou diminuindo a velocidade de reação, e os 
inativos não interferem de nenhuma forma na velocidade de reação. 
Mássico: Os catalisadores mássicos são, geralmente, um aglomerado de grãos da fase ativa pura 
ou quase pura, em que as composições da superfície e do interior das partículas são pouco 
diferentes, ou seja, têm natureza química semelhante como, por exemplo, óxidos de metais de 
transição, óxidos mistos, entre outros (CIOLA). 
 
Ácidos: Os catalisadores ácidos possuem sítios ácidos de Brönsted (sítios estes doadores de 
prótons) e/ou sítios ácidos de Lewis (sítios estes receptores de par de elétrons), sendo a força e 
números desses sítios, assim como, área superficial e diâmetro de poros determinantes da acidez. 
Reações realizadas com auxilio destes catalisadores envolvem a formação de carbocátion, 
formados no contato do substrato com os sítios ácidos (CIOLA). 
 
Básicos: Os catalisadores básicos são assim classificados por possuírem sítios básicos de 
Brönsted (sítios receptores de prótons) e/ou sítios básicos de Lewis (sítios doadores de par de 
elétrons). Os catalisadores básicos têm uma crescente aplicabilidade nos processos catalíticos 
industriais, por apresentarem maiores atividades e seletividades, diminuindo assim os problemas 
correlacionados a rejeitos (CIOLA). 
 
Análise para catalisadores heterogêneos 
 
Espectroscopia de Infravermelhos com Transformadas de Fourier (FTIR) 
A espectroscopia de infravermelhos é uma técnica versátil e facilmente aplicável para se obter 
informação sobre a estrutura dos catalisadores com áreas específicas elevadas. É também 
fundamental no estudo da natureza das espécies adsorvidas sobre esses catalisadores. 
 
Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM) 
A microscopia electrónica de varrimento permite a observação e caracterização de materiais 
heterogéneos orgânicos e inorgânicos numa escala nanométrica (nm) ou micrométrica (μm). Esta 
ferramenta possui a capacidade de obter imagens tridimensionais, tais como imagens de 
superfícies de um número de materiais. 
No SEM são também emitidos, como resultado do bombardeamento por elétrons, raios-X 
característicos. A análise da radiação X característica emitida das amostras pode conter 
informação qualitativa e quantitativa, permitindo obter a composição química da amostra em 
causa. Esta análise pode ser realizada em toda a zona visível da amostra ou localizada num 
diâmetro mínimo de aproximadamente 1 μm. 
 
Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios-X (XPS) 
A espectroscopia de fotoelétrons induzidos pelos raios X baseia-se no efeito fotoelétrico que 
corresponde à emissão de elétrons por um sólido quando sob o efeito de uma radiação 
eletromagnética (THOMAS). Consegue-se com esta técnica obter as energias de ligação dos 
elétrons de valência e internos da parte mais superficial da amostra, bem como a sua composição 
superficial. O conhecimento da composição da superfície é fundamental, dado o carácter 
superficial dos fenómenos catalíticos heterogéneos. 
 
Termogravimetria 
A termogravimetria (TG) é uma das técnicas de análise térmica, em que se usa normalmente uma 
termobalança, onde é efetuado o registo contínuo da variação de peso de uma substância em 
função da variação da temperatura. Este método está geralmente associado à análise térmica, em 
que se registam os efeitos térmicos durante o aquecimento de um composto, e que podem ser 
resultantes da libertação de componentes voláteis, da fusão ou até mesmo de mudança de fase 
(FIGUEIREDO). 
 
 
Referências 
 
CIOLA, R. Fundamentos da Catálise. São Paulo: Moderna, 1981. 
 
FARJADO, Humberto Vieira. Síntese seletiva da metil vinil cetona usando catalisadores 
nanoparticulados de SnO2 e MgO. 2005. 123 p. Dissertação (Mestrado em Química) – 
Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2005. 
 
J.L. Figueiredo, F.Ramôa Ribeiro, Catálise Heterogénea, Fundação Calouste Gulbenkian, 1989. 
 
J.M. Thomas e W.J.Thomas, Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 73 (1997) 444.