tsq37 Catalizadores

Se llama catalizador a aquella sustancia que puede modificar la velocidad de una reacción o de un proceso químico, sin ser alterada. Un catalizador puede funcionar ya sea acelerando o bien retardando el proceso, y existen catalizadores de variada naturaleza. Los catalizadores son sumamente importantes en la industria química, ya que al permitir acelerar los procesos pueden reducir drásticamente los costos de fabricación.

Algo que caracteriza a los catalizadores es que se requieren en cantidades ínfimas comparados con las de los reactivos que intervienen en la reacción, por lo que suelen representar una parte muy baja del costo productivo. En los sistemas vivos, el papel de catalizadores lo cumplen una gran variedad de proteínas denominadas enzimas.

CLASES DE CATALIZADORES

= =En primer lugar, los catalizadores pueden clasificarse en dos grandes grupos, teniendo en cuenta si aceleran o retardan el proceso químico:

Catalizador positivo: es el que aumenta la velocidad de una reacción; son los más comunes.
Catalizador negativo o inhibidores: retarda el proceso químico.

Los catalizadores negativos o inhibidores son aquellos encargados de reducir o disminuir la velocidad o rapidez de las reacciones químicas; es decir son sustancias que desaceleran la velocidad de las reacciones. Su utilización no es mayor a la utilización de los catalizadores positivos, que por otro lado, estos son los encargados de acelerar el proceso de las reacciones químicas, son sustancias que aumentan la actividad de los catalizadores. Por lo tanto se puede decir que los catalizadores son sustancias, que bien sea, pueden incrementar o disminuir la velocidad de una reacción química, pero que sin embargo al final no se realiza ningún cambio de tipo químico.

La mayoría de los catalizadores existentes son los que ayudan a apresurar la rapidez de las reacciones químicas, que son los promotores, pero también están los catalizadores negativos, también llamados “inhibidor”, que desaceleran la evolución de las reacciones, es decir que estas sean más lentas. Estos dos tipos de catalizadores los negativos y positivos son utilizados en minúsculas cantidades, dado a que son reutilizables. Luego de haber finalizado la reacción, con ambos tipos de catalizadores, se tendrá la misma masa de catalizador que se tenía al inicio.

Las enzimas son unos catalizadores biológicos, por su parte los automóviles, deben utilizar un catalizador para así controlar el sistema de escape a través de convertidores catalíticos. En la diversidad de los procesos industriales, deben ir en conjunto la suma de productos y la rapidez de producción; por lo que cuando se efectúan procesos químicos se debe estimar que se mantengan energéticamente eficientes pero que también provean una opción limpia y económica con el fin de hacer competitivos los procesos industriales, y este es el pleno propósito de la utilización de los catalizadores.

= =De acuerdo con la fase en que se encuentran se distinguen dos tipos:

Catalizador homogéneo: el catalizador está en la misma fase que los reactivos y se combina con alguno de ellos para generar un compuesto intermediario inestable, que rápidamente se tiende a combinar con más reactivo y genera así más producto.
Catalizador heterogéneo (o de contacto): los reactivos y el catalizador no están en la misma fase; esos son materiales que ofrecen superficies adsorbentes, las que consiguen aumentar la concentración y superficie de contacto entre los reactivos, o bien debilitan las uniones y disminuyen así la energía de activación. Los metales y los óxidos de metales (de níquel. platino, hierro) son los más comunes.
Haciendo referencia a su modo de acción o a su naturaleza, a veces se distinguen otros tipos, entre ellos:

Electrocatalizador: colabora en la transferencia de electrones entre el electrodo y los reactivos, y facilita una transformación química intermedia (semirreacción). Por ejemplo, se emplean estos catalizadores en la producción de hidrógeno a partir de la electrólisis de agua.

Organocatalizador: pequeñas moléculas orgánicas libres de metales con muy baja sensibilidad a la humedad y al oxigeno, por lo que no exigen condiciones de reacción especiales. Son particularmente atractivas para ser usadas en la preparación de compuestos en los que no se admite la contaminación con metales (medicamentos, por ejemplo).

Catalizador biológico: el ejemplo clásico son las enzimas que intervienen en diversos procesos naturales e industriales.

Catalizador de partículas sólidas: por ejemplo, los catalizador sólidos metálicos de automóvil, que aceleran la transformación de los gases de combustión que se quiere eliminar (principalmente monóxido de carbono, óxido de nitrógeno e hidrocarburos asociados a la combustión incompleta o ineficiente).Dentro de estos encontramos a los llamados catalizadores de tres vías, porque eliminan los tres contaminantes principales en el mismo compartimento.

¿Qué es el convertidor catalítico?

El convertidor catalítico es un dispositivo ubicado en el sistema de escape de los autos y muy cerca del motor. Para que pueda funcionar correctamente, debe encontrarse a altos niveles de temperatura (400-700 ºC). Consiste en una malla de cerámica con canales revestidos de metales, los que catalizan partículas que pasan a lo largo del escape.

El catalizador está ubicado ahí precisamente para convertir gases dañinos (hidrocarburos, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno) en CO2 y vapor de agua.

Con el uso de este catalizador, reduciremos un 70% de la emisión de partículas dañinas al medio ambiente. El convertidor funciona mediante tres etapas:

De reducción

Es la primera etapa del convertidor catalítico. Utiliza platino y rodio para disminuir las emisiones de óxido de nitrógeno. Cuando una molécula de monóxido o dióxido de nitrógeno entra en contacto con él, atrapa el átomo de nitrógeno y libera el oxígeno. Es entonces cuando el átomo de nitrógeno se une con otro átomo de nitrógeno y se libera.

De oxidación

Esta es la segunda etapa del convertidor catalítico. Este catalizador de platino y paladio toma los hidrocarburos y monóxido de carbono que salen del motor y los hace reaccionar con el oxígeno que también viene del motor, generando CO2.

Sistema de control

En ésta, se monitorean los gases de escape del motor y se utiliza esta información para controlar el sistema de inyección de combustible del motor.

Un sensor en los gases del escape del motor, informa a la computadora sobre la cantidad de oxígeno existente. Con esta información, la computadora puede aumentar o disminuir la cantidad de oxígeno en el escape, permitiendo que oxide hidrocarburos y monóxido de carbono.

Cuando tu catalizador funciona mal, el auto generará emisiones adicionales, correrá más bruscamente y reducirá la eficiencia del combustible. Ahí radica la importancia de un diagnóstico para determinar su buen desempeño. Éste fue diseñado para tener la misma duración que tu auto y fallas en él, indican problemas en el motor o en el sensor del motor. Corrígelos antes de reemplazar por completo tu catalizador.

¿Cómo afecta el combustible con plomo convertidores catalíticos?

El combustible con plomo y automóviles con convertidores catalíticos no se mezclan. Tan sólo dos tanques de gasolina con plomo puede hacer que un convertidor catalítico inútil, es decir, su coche va a correr más o menos y contaminar más también. Incluso puede haber problemas de seguridad.

Historia
Un convertidor catalítico tiene una apariencia similar a un silenciador.
EE.UU. los fabricantes de automóviles comenzaron a instalar convertidores catalíticos en los automóviles en el año 1975 como respuesta a las leyes de contaminación cada vez más estrictas. Su uso creciente coincidió con la eliminación gradual de la gasolina con plomo en los Estados Unidos a causa de la toxicidad del plomo en el medio ambiente. Los automóviles con convertidores catalíticos están diseñados para funcionar estrictamente con combustible sin plomo.
Función

El convertidor catalítico es un recipiente lleno de una matriz cerámica de aire diminutos conductos de los gases de escape fluir a través de la forma de tubo de escape y el silenciador. La superficie de la cerámica se recubre con una capa delgada de metales catalizadores, a menudo de paladio, platino, rodio u oro. Cuando los gases de escape contienen monóxido de carbono, el combustible sin quemar y óxidos de nitrógeno en contacto con los metales, una reacción química que ocurre convertirlos en dióxido de carbono, nitrógeno y agua.
Advertencia

Quema de combustible con plomo en su coche convertidor catalítico equipado causa varios problemas. El plomo en el combustible reacciona con el catalizador de metal en el convertidor y destruye su función, su coche causar más contaminación. Debido a que su auto fue diseñado para utilizar un convertidor catalítico, no va a funcionar tan bien cuando el convertidor no funciona. Continuar utilizando combustible con plomo puede causar que el convertidor se acumule calor excesivo e incluso incendiarse bajo ciertas condiciones.