Tipos de Catalisadores
No capítulo anterior, a gente viu que os catalisadores aceleram a reação diminuindo a energia de ativação.
Eles fazem isso oferecendo um "caminho alternativo" para que os reagentes virem produtos mais facilmente.
Mas você sabia que existem diferentes tipos de catálise? E que em algumas situações a própria reação se autoacelera?
Vamos estudar agora os principais tipos de catálise e o papel de cada um deles.
Esse capítulo terá alguns trechos bem específicos, portanto saiba filtrar o que é importante para sua prova e para o seu professor.
O mais importante aqui é ter um entendimento claro de como identificar um catalisador nas etapas de reação e como ele funciona.
1. Catálise Homogênea
Já aprendemos que catalisadores não são consumidos em reações.
Eles entram em uma etapa e saem em outra da mesma maneira, sem nem participar da equação global portanto.
Em uma sequência de reações, assim que você veria:
Etapa 1: A + B → C
Etapa 2: C → D + B
Global: A → D
Se eu te dissesse que existe um catalisador nessa reação, quem você diria que poderia ser ele? A, B, C ou D?
O catalisador seria o composto B, pois ele foi consumido na etapa 1, mas foi inteiramente formado na etapa 2.
Ele não participou da reação global, atendendo às condições necessárias.
Isso significa que todo composto que entra em uma etapa e sai em outra é um catalisador?
NÃO! O B poderia ser apenas um reagente.
O que eu quero que fique claro é que, se existe um catalisador nessa reação, só pode ser o B.
Dito isso, não temos mais dúvidas sobre catálise. Agora vamos classificar os vários tipos.
Uma catálise homogênea é simples: significa que todos os participantes estão na mesma fase, tanto o catalisador quanto os outros reagentes.
Geralmente ocorre em solução aquosa ou gasosa, onde o catalisador se mistura completamente com os reagentes.
Exemplo clássico:
Etapa 1: SO₂(g) + NO₂(g) → SO₃(g) + NO(g)
Etapa 2: NO(g) + ½ O₂(g) → NO₂(g)
Global: SO₂(g) + ½ O₂(g) $\xrightarrow{\text{NO}_2(g)}$ SO₃(g)
O catalisador é o NO₂(g) e todos estão na fase gasosa, então catálise homogênea.
Maior vantagem: como está tudo misturado, as colisões são mais fáceis de acontecer.
Desvantagem: depois é mais difícil separar os produtos do catalisador.
2. Catálise heterogênea
Aqui, o catalisador está em uma fase diferente dos reagentes.
Geralmente temos catalisador sólido e reagentes gasosos ou em solução.
E isso gera um efeito diferente na catálise além da mudança óbvia de fase.
Eu quero que você imagine uma catálise heterogênea como se fosse uma cartela de ovos.
A cartela de ovos é o catalisador sólido e o ovo é o reagente.
Quero que você entenda a situação assim: quando o ovo se encaixa na cartela, a catálise acontece e a reação se torna mais rápida.
Se nós temos uma cartela que tem espaço para 20 ovos e a gente só colocou 10 até agora,
o que podemos fazer para aumentar a velocidade da reação?
Aumentar a quantidade de ovo, correto? Se ainda tem espaço na cartela (catalisador), vamos aumentar a quantidade de reagente.
Agora, nós já ocupamos os 20 espaços, se eu continuo aumentando a quantidade de ovo, a reação continua aumentando a velocidade?
Não mais! Não tem mais espaço para o catalisador receber reagente, então se torna inútil!
O que a gente pode fazer para continuar aumentando a velocidade?
Aumentar a cartela, perfeito!
Em termos químicos, o que seria equivalente a aumentar a cartela? Seria aumentar a superfície de contato do catalisador.
E é esse o principal fenômeno envolvendo catálise heterogênea: a adsorção.
Adsorver um reagente significa "grudá-lo" na sua superfície.
E quanto maior for a sua superfície, mais reagente você pode receber e mais você acelera a reação.
Agora, tome cuidado para não confundir duas coisas:
A primeira é que adsorver é diferente de absorver. Adsorver é grudar na superfície.
Absorver um reagente é ele grudar na superfície e ser "sugado" para dentro do catalisador e não é isso que acontece!
A segunda coisa é que algumas questões falam sobre aumentar a massa do catalisador para aumentar a velocidade da reação.
E isso é suficiente para uma catálise homogênea, mas não é suficiente para uma catálise heterogênea.
Na catálise homogênea, tudo já está dissolvido e homogêneo, então aumentar a massa é igual a aumentar a ação do catalisador.
Mas aumentar a massa do catalisador não garante que ele vá ter uma maior superfície de contato,
portanto você não pode afirmar que a velocidade aumenta só com o aumento da massa dele em uma catálise heterogênea.
Se a questão não deixar claro que a área de contato está aumentando também, não caia nessa pegadinha!
Exemplo clássico:
$3 H_2 (g) + N_2 (g) \xrightarrow{\text{Fe(s)}} 2 NH_3 (g)$
O catalisador é o ferro sólido, facilitando a reação de compostos gasosos.
Vantagem: é fácil separar o catalisador dos produtos.
Desvantagem: como está em outra fase, depende da superfície de contato (não pode esquecer disso).
3. Autocatálise
Agora a coisa fica interessante: aqui é quando um produto intermediário atua como catalisador da própria reação.
Ou seja, a reação começa devagar, mas conforme o produto vai se formando, a velocidade aumenta sozinha.
Esse tipo de catálise costuma ser cobrada em dois cenários.
O primeiro é para você justificar o que está acontecendo no gráfico de velocidade da reação pelo tempo de reação, já que do nada a velocidade aumenta.
Quando você vê uma reação na qual, do nada, aumenta a velocidade no meio do caminho e depois volta a cair,
desconfie que isso foi porque um intermediário funcionou como catalisador e depois ele foi consumido.
O segundo é para você identificar qual composto pode ser o catalisador de uma autocatálise.
Por exemplo, vamos imaginar as seguintes etapas:
Etapa 1: A + B → C
Etapa 2: C + D → E
Aqui, quem poderia ser o catalisador? A única substância que não aparece na reação global é a C,
então se alguém tem que ser catalisador, é ele.
E você percebe que ela não existia no início de tudo? Ela foi formada como intermediária e depois consumida.
Portanto, se ela não existia e surgiu para acelerar a reação, ela é um autocatalisador.
Fácil demais, simples assim.
4. Promotor, veneno catalítico e inibidor de reação
Agora chegamos no tópico mais específico desse assunto.
Existem algumas substâncias que atuam em cima do catalisador e algumas que atuam até exatamente contra ele.
Vamos falar sobre o promotor, o veneno catalítico e o inibidor de reação.
Promotor
É uma substância que deixa o catalisador mais bombado.
Ele não é o catalisador em si, mas ele ajuda o funcionamento de um.
Por exemplo, imagine que temos uma reação A → B e que acontece naturalmente a uma velocidade de 5.
Se eu adiciono A $\xrightarrow{\text{X}}$ B e a velocidade se torna 10, esse X é o catalisador da reação.
Se eu adiciono A $\xrightarrow{\text{X+Y}}$ B e a velocidade da reação se torna 12, esse Y é o promotor da reação.
Ele aumenta a eficiência do catalisador, tornando a velocidade ainda maior.
Veneno Catalítico
É uma substância que deixa o catalisador mais fraco.
É o contrário do promotor.
Seguindo o mesmo exemplo:
A → B velocidade 5
A $\xrightarrow{\text{X}}$ B velocidade 10
A $\xrightarrow{\text{X+Z}}$ B velocidade 8
Esse Z é um veneno catalítico. A velocidade da reação fica menor que apenas com o catalisador, mas segue maior que a reação sem nada.
Conseguiu perceber a diferença?
Inibidor de Reação
Por fim, você tem uma substância que diminui a velocidade da reação.
Assim como o veneno é o oposto do promotor, o inibidor é o oposto do catalisador.
Ele age em cima dos reagentes e não em cima do catalisador.
Ele se liga aos reagentes, aos sítios de ativação, a qualquer coisa, de forma que a velocidade cai bastante.
Seguindo nosso mesmo exemplo:
A → B velocidade 5
A $\xrightarrow{\text{W}}$ B velocidade 2
A velocidade é menor do que se não tivesse nada, então W é um inibidor de reação.
Não confunda inibidor com veneno: inibidor age no reagente e deixa a velocidade menor, veneno age no catalisador e deixa a velocidade maior que normal ainda.
Conclusão
Catalisadores aceleram a reação sem serem consumidos.
Existem diferentes tipos de catálise:
Homogênea (mesma fase)
Heterogênea (fases diferentes + adsorção)
Autocatálise (catalisador formado como intermediário e consumido)
E algumas substâncias podem ajudar ou atrapalhar o catalisador:
Promotores (melhoram o catalisador)
Venenos catalíticos (pioram o catalisador)
Inibidores (pioram a reação como um todo)
No próximo capítulo, vamos finalmente montar a expressão que calcula a velocidade de uma reação química.
Bora!
