Catalisador

Os catalisadores consistem em materiais que reduzem a energia de ativação para aumentar a velocidade de uma reação.

Você acha que conseguiria controlar uma reação química? A prática de utilizar catalisadores em processos químicos ou biológicos visa aumentar o rendimento dos processos, beirando o controle da reação. Em partes, isso é possível. No entanto, para compreender o fenômeno, é preciso conhecer o conceito, os tipos de catalisador e outras nuances do conteúdo. Acompanhe a matéria!

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Índice do conteúdo:

O que é catalisador?

O catalisador é um material capaz de modificar a velocidade de uma reação sem provocar alterações químicas permanentes. Em outras palavras, ele não atua como reagente tão pouco como produto da reação. Portanto, é apenas um componente que promove uma modificação no caminho da reação ou no mecanismo que o processo acontece.

Em várias situações cotidianas, os catalisadores estão presentes, como nos automóveis, na cozinha, no organismo e na atmosfera. Sem eles, muitas reações levariam horas, dias, semanas, meses ou períodos maiores para completar seus processos. A oxidação da celulose presente em um galho seco, por exemplo, leva meses para se deteriorar, porém é possível acelerar o processo incinerando o graveto.

Dessa forma, a velocidade das reações químicas é modificada por diversos fatores, entre eles, concentração de reagentes e produtos, além da pressão e temperatura. Quando um – ou mais de um – fator é alterado sem apresentar aceleração satisfatória, ainda é possível recorrer.

O quarto fator que contribuir para acelerar o processo é a adição de catalisador ao meio reacional. Em muito casos, quando todos esses fatores são empregados em conjunto e em condições predeterminadas, a velocidade da reação aumenta. Existem várias pesquisas que visam desenvolver catalisadores mais baratos, ambientalmente seguros, seletivos e com alta eficiência.

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Como funciona um catalisador?

O catalisador atua diminuindo a energia de ativação (EA) e, consequentemente, favorecendo o processo da reação. Durante a transformação da matéria, algumas ligações químicas precisam ser desfeitas para outras se estabelecerem, desse modo, os reagentes são convertidos em produtos.

Existem diversos tipos de catalisador e eles atuam de maneiras diferentes, entretanto sempre diminuindo a energia de ativação para acelerar a reação. Alguns catalisadores são específicos para determinadas reações, como a ação de enzimas no organismo humano que convertem um subtrato em um produto. Outro exemplo é a conversão de peróxido de hidrogênio (H2O2) em água (H2O) e oxigênio (O2) pela enzima catalase presente no sangue dos mamíferos.

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Trata-se da área da química que investiga as velocidades das reações químicas.
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Energia nuclear
A Física Nuclear estuda as reações que ocorrem nos núcleos dos átomos.

Tipos de catalisadores

Até aqui, ficou evidente que os catalisadores são muito importantes tanto para os processos químicos e industriais quanto para a manutenção da vida. Cada situação exige um catalisador específico. Abaixo, conheça os processos catalíticos, denominados em função do tipo de catalisador empregado:

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Catálise homogênea

Estão na categoria da catálise homogênea, os processos em que se emprega um catalisador no mesmo estado físico dos componentes da reação. Um exemplo é a síntese do éster a partir de um ácido carboxílico, um álcool e algumas gotas de ácido sulfúrico. Todos os produtos se encontram no estado líquido, logo, resultam em uma mistura homogênea.

Catálise heterogênea

A catálise heterogênea ocorre quando o estado físico do catalisador difere dos demais componentes, resultando na formação de uma mistura heterogênea. Nessa categoria, os catalisadores mais utilizados são metais em pó ou compostos iônicos, que atuam como uma fase de suporte para absorver átomos ou moléculas de reagentes. Assim, outras espécies podem se chocar com as adsorvidas, resultando em uma transformação. Um exemplo desse processo é a conversão de gases tóxicos, oriundos da queima de combustível, em gases menos poluentes pela ação dos catalisadores automotivos.

Biocatálise

Biocatálise ocorre pela ação de componentes biológicos denominados de enzimas – moléculas biológicas, sendo muitas delas proteínas, que convertem substâncias específicas (substratos) em um determinado produto. Essas enzimas geralmente são espécies de elevada massa molar, podendo atingir cerca de 10 000 a 1 milhão de unidades de massa atômica. Portanto, são moléculas muito grandes e apresentam alta eficiência, indispensáveis para a existência da vida.

Para relembrar: os catalisadores são espécies que não participam diretamente da reação, podendo ser regenerados ao final do processo e reutilizados incontáveis vezes. O estado físico em que um catalisador se encontra em relação aos componentes da reação define o tipo de processo. Por último, a função do catalisador é aumentar a velocidade da reação, por meio da diminuição da energia de ativação necessária para o processamento da transformação.

Vídeos sobre a ação e classificação dos catalisadores

Para ilustrar alguns dos processos apresentados no decorrer do texto, segue uma seleção de vídeos sobre os tipos de catalisador, bem como o processo de energia de ativação e outros conceitos:

Cinética química: catalisadores

Confira um resumo dos conceitos já apresentados. O professor ressalta a função de um catalisador na modificação da velocidade de uma reação química. Ele também explica como as reações químicas acontecem de uma maneira geral. Um destaque importante é feito sobre o fato dos catalisadores não modificarem o equilíbrio químico da reação.

Energia de ativação

Uma aula com foco no processo de conversão dos reagentes para o estado de transição, que pode levar à formação de produto. O professor explica como ocorre a formação do complexo ativado: uma configuração energética que pode se converter em produto. Além disso, ele fala sobre como determinar o valor da energia de ativação.

Catalisador Homogêneo e Catalisador Heterogêneo

O professor começa a aula apresentando todos os tipos de catalisador e suas características. Ele também aborda vários fatores relacionados aos processos catalíticos, como o efeito da temperatura em uma catálise enzimática. Por fim, ele discute o estado físico em que as reações acontecem.

Destacada a importância dos catalisadores no dia a dia, percebe-se a importância de realizar a manutenção adequada dos veículos e outros equipamentos para reduzir o impacto ecológico. Aproveite para conferir a matéria sobre energia livre de Gibbs.

Referências

Chesmitry: the central science. Brown, Theodore L.; LeMay Jr., H. Eugene; Bursten, Bruce E. 12. e. Prentice Hall, 2012. p. 589-592.
Fundamentals of general, organic and biological chemistry. McMurry, J.; Ballantine, D.S.; Hoeger, C.A.; Peterson, V.E. 8. e. Pearson, 2018. p. 232-233.

Ademar Vinicius Fagion Freitas
Por Ademar Vinicius Fagion Freitas

Graduando em Química pela Universidade Estadual de Maringá (UEM), com ênfase na área de ensino. Atua como professor de química no setor privado e como voluntário no Cursinho UEM. Curte ler, assistir filmes e séries nas horas vagas.

Como referenciar este conteúdo

Fagion Freitas, Ademar Vinicius. Catalisador. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/quimica/catalisador. Acesso em: 29 de February de 2024.

Exercícios resolvidos

1. [Prof. Ademar]

Uma indústria necessita sintetizar um líquido, visando empregar um catalisador que seja de fácil recuperação. As condições que o catalisador deve apresentar para satisfazer essa condição são: estar em um estado físico diferente dos reagentes, apresentar área superficial grande e ser mais denso que os reagentes. O catalisador a ser empregado nesse processo é um(a):

a) gás
b) metal
c) enzima
d) líquido

Resposta: B

Justificativa: por se tratar de um material que deve apresentar estado físico diferente dos componentes do meio reacional, ser mais denso e ter grande área superficial, o catalisador deve ser um metal em estado físico sólido.

2. [Prof. Ademar]

Uma enzima é classificada como um catalisador porque ela:

a) Diminui a velocidade de decomposição dos reagentes.
b) Aumenta a constante de equilíbrio da reação.
c) Desloca a reação no sentido de formação de produto.
d) Aumenta a energia de ativação necessária para que a reação ocorra.
e) Aumenta a velocidade com que a reação se processa.

Resposta: E

Justificativa: um catalisador é definido como uma espécie que aumenta a velocidade de uma reação. É importante lembrar que o catalisador também atua diminuindo a energia de ativação dos reagentes e não altera o equilíbrio químico.

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