Catalisadores e Tipos de Catálise

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TRABALHO DE QUIMICA 
ASSUNTO: CATALISE HOMOGÊNEA E HETEROGÊNEA E ENZIMAS 
 CATALISADORES 
Os catalisadores são substâncias capazes de acelerar uma reação sem sofrerem alteração, 
isto é, não são consumidas durante a reação. 
Para que uma reação química se inicie, é necessário que os reagentes tenham ou recebam 
certa quantidade de energia mínima, que é denominada de energia de ativação. 
Com essa energia mínima, os reagentes conseguem atingir o complexo ativado, que é um 
estado intermediário (estado de transição) que se forma entre os reagentes e os produtos, 
em cuja estrutura existem as ligações anteriores enfraquecidas e a formação de novas 
ligações (presentes nos produtos). 
Por exemplo, considere a reação genérica abaixo: 
 
 Observe que a energia de ativação necessária para atingir o complexo ativado se torna 
uma espécie de obstáculo que precisa ser ultrapassado para que a reação ocorra. Isso 
significa que quanto maior for a energia de ativação de uma reação, maior será o obstáculo 
a ser vencido e menor será a velocidade da reação. 
O contrário também é verdadeiro, se a energia de ativação for menor, a reação será mais 
rápida. É exatamente isso que os catalisadores fazem, eles criam um caminho alternativo, 
que exige menor energia de ativação, fazendo com que a reação se processe de forma 
mais rápida. 
 
 
Para conseguir abaixar a energia de ativação, o catalisador age mudando o mecanismo da 
reação, por se combinar com os reagentes num sistema que pode ser monofásico (catálise 
homogênea) ou polifásico (catálise heterogênea). 
De forma genérica, podemos dizer que essa combinação entre o reagente e o catalisador 
forma um composto intermediário que depois se transforma, originando o produto e o 
catalisador. Observe como isso pode ser representado: 
 
Veja que o catalisador é regenerado ao final da reação, não sendo consumido por ela. Um 
fato importante é que o catalisador acelera tanto a reação direta quanto a inversa, isso 
significa que ele diminui a energia de ativação de ambas. 
 CATALISE 
Catálise é o processo no qual se usa uma substância com propriedades de acelerar a 
velocidade de determinadas reações sem ser consumida durante o processo. Esses 
compostos que diminuem a energia de ativação da reação, possibilitando que ela ocorra 
mais rapidamente e que são reconstituídos no final, são denominados catalisadores. 
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 vários tipos de catálises. Temos, por 
exemplo, a catálise homogênea, a catálise heterogênea e a autocatálise. 
CATALISE HOMOGÊNEA 
 
 
 
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, segundo a reação abaixo: 
2 SO2(g) + 1 O2(g) → 2 SO3(g) 
Essa reação é usada na indústria como uma das etapas de produção do ácido sulfúrico. 
Visto que ela ocorre de forma lenta, os produtores precisam usar o catalisador dióxido de 
nitrogênio (NO2(g)) para acelerar o processo. Como ocorre com todos os sistemas gasosos, 
o catalisador (NO2(g)) forma com os reagentes (SO2(g) e O2(g)) um sistema monofásico. 
Isso ocorre porque, numa primeira etapa da reação, o catalisador se combina com o 
dióxido de enxofre (SO2(g)) para formar o trióxido de enxofre (SO3(g)) e o monóxido de 
nitrogênio (NO(g)): 
1ª etapa: 2 SO2(g) + 2 NO2(g) → 2 SO3(g) + 2 NO(g) 
Em uma segunda etapa, o monóxido de nitrogênio reage com o outro reagente, o gás 
oxigênio (O2(g)); e o catalisador é reconstituído: 
2ª etapa: 2 NO(g) + 1 O2(g) → 2 NO2(g) 
Veja que a soma das duas etapas é exatamente igual à reação original sem o catalisador, 
o que prova que ele apenas acelera o processo da reação e não participa dela: 
 
Visto que o catalisador mudou o mecanismo ou o caminho da reação, a energia de 
ativação desse processo é diminuída e a reação ocorre mais rapidamente, conforme o 
gráfico a seguir: 
 
Outro exemplo de uma reação de catálise homogênea ocorre na decomposição do 
peróxido de hidrogênio: 
 
CATALISE HEREROGÊNEA 
 
Ao contrário da catálise homogênea, na qual o catalisador e os reagentes precisam estar no mesmo 
estado físico; na catálise heterogênea normalmente o catalisador está em um estado físico diferente 
dos reagentes. Temos alguns exemplos a seguir: 
 
Observe que nos dois casos acima os catalisadores estão no estado sólido; enquanto que os reagentes 
estão no estado gasoso. Isso se dá porque o catalisador adsorve as moléculas dos reagentes, 
enfraquecendo as suas ligações e diminuindo a energia de ativação. Dessa forma, a reação se processa 
mais rapidamente. 
Para visualizarmos isso, consideremos a reação exotérmica do gás hidrogênio com gás etileno para 
formar gás etano: 
C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g) 
Essa reação se processa muito lentamente sem a presença de um catalisador. Mas na presença de um 
metal em pó fino (como níquel, paládio, ou platina), a reação ocorre com bastante facilidade, à 
temperatura ambiente. O mecanismo pelo qual ocorre a reação é mostrado esquematicamente na figura 
abaixo: 
 
Um exemplo de catálise heterogênea que é bastante comum em nosso cotidiano é a que ocorre em 
conversores catalíticos dos carros, também denominados catalisadores. Sua finalidade é adsorver os 
gases poluentes nocivos que resultam da combustão incompleta da gasolina, do álcool e do óleo diesel, 
como o monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio. Esses gases são então 
transformados em gases não tóxicos, como CO2, N2, O2 e H2O. 
Observe o esquema de funcionamento desses catalisadores: 
 
 
CATALISE ENZIMÁTICA 
No nosso organismo ocorrem constantemente reações essenciais para a manutenção da 
vida. Por exemplo, os nutrientes dos alimentos que consumimos, como as proteínas, os 
carboidratos e as gorduras são convertidos em outras substâncias que podemos absorver. 
Essas transformações se dão de forma demasiadamente rápida graças à presença de 
enzimas. 
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). 
Por exemplo, um pirulito sobre uma mesa demorará muito tempo para se decompor em 
contato apenas com o oxigênio do ar. Mas, quando o consumimos, a reação entre o açúcar 
do pirulito e o oxigênio de organismo ocorre em poucos segundos, pois as enzimas agem 
sobre as moléculas de açúcar criando estruturas que reagem mais facilmente, acelerando 
a reação. 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. É como se a enzima fosse a chave de uma fechadura 
(substrato). 
No esquema abaixo, isso é exemplificado: 
 
Observe que a enzima reage com o substrato de maneira específica, criando um 
composto intermediário que se decompõe facilmente, originando os produtos. Além 
disso, a enzima é regenerada não sendo consumida na reação, como ocorre com todos os 
catalisadores. 
Um exemplo de enzima que está presente no estômago é a pepsina. Se colocarmos um 
pedaço de carne em contato com a pepsina, a carne será decomposta rapidamente. Se no 
lugar da pepsina, usarmos somente o ácido clorídrico, que é o principal componente do 
suco gástrico, veremos que a carne demorará muito tempo para ser decomposta. Portanto, 
a presença dessa enzima em nosso organismo é essencial para decompor as proteínas, quesão os substratos da pepsina. 
 
Modelo da enzima pepsina, responsável pela digestão de proteínas alimentares (as diferentes 
cores representam as subunidades que compõem a enzima) 
 Outro exemplo está no transporte de gás carbônico no corpo humano. No interior das 
nossas hemácias existe a enzima anidrase carbônica que converte o gás carbônico em 
ácido carbônico cerca de 5 mil vezes mais rápido do que sem a sua presença! 
Agora, uma 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. 
Além disso, visto que a catalase do sangue não é consumida, a efervescência continuará 
à medida que adicionarmos mais água oxigenada no local. 
 
Uma utilização benéfica desse conceito é feita em exames laboratoriais para diferenciar 
dois tipos de bactérias: os estafilococos e os estreptococos. Apenas os estafilococos 
contêm catalase. Assim, no teste, adiciona-se água oxigenada na amostra, se efervescer, 
é os estafilococos, se não efervescer, é os estreptococos. 
CURIOSIDADE (INIBIDORES) 
São substâncias, que ao contrário dos catalisadores, aumentam a energia de ativação e 
como consequência diminuem a velocidade da reação química. Pode ser chamado 
também de veneno de catalisador ou anticatalisador. Antigamente era chamado de 
catalisador negativo. 
FONTES: 
http://www.brasilescola.com/ 
http://www.soq.com.br/ 
http://www.mundoeducacao.com/