República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación Superior

Universidad Nacional Experimental “Rafael María Baralt”Programa: Ingeniería y Tecnología

Proyecto: Ingeniería de GasAsignatura: Cinética y Conversión Catalítica de las Reacciones

Realizado por:

Sección:Prof: María Pirela

Ciudad Ojeda, Abril del 2013

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ÍNDICETEMA PÁG

INTRODUCCIÓN………………………………………………………. 03.

Reactor Químico…………………………………………………... 06.

Tipos de Reactores Ideales………………………………………... 06.

Reactor Discontinuo……………………………………………. 06.

Reactor de Flujo en Pistón…………………………………….. 08.

Reactor Mezcla Completa……………………………………... 09.

Diseño para Reacciones Simples………………………………….. 10.

Reactor Discontinuo……………………………………………. 10.

Comparación entre el Reactor de Mezcla Completa y el flujo en pistón para reacciones de primer y segundo orden………….. 10.

Variación de la Reacción de Reactantes de Segundo Orden…. 13.

Comparación Gráfica General…………………………………. 14.

Definición de Catalizador.......................................................................... 15.

Funciones de los Catalizadores…………………………………......... 15.

Mecanismo de actuación de un Catalizador en una Reacción Química…………………………………………………….. 17.

Características Básicas de la Catálisis……………………………. 20.

Pág. 2

Tipos de Catálisis en función de las especies responsablesde la actividad Catalítica………………………………………………… 22.

Catálisis Molecular……………………………………………………. 22.

Catálisis Superficial…………………………………………………… 23.

Catálisis Enzimática………………………………………………….. 24.

Auto Catálisis………………………………………………………….. 25.

Tipos de Reacciones Catalíticas………………………………………….. 25.

Reacciones Catalíticas homogéneas…………………………………... 25.

Mecanismos y ecuaciones cinéticas…………………………………… 26.

Reacciones Catalíticas heterogéneas………………………………….. 27.

Reacciones Catalíticas enzimáticas………………………………….... 28.

Comparación entre procesos de Catálisis homogéneay procesos de Catálisis heterogéneas……………………………………... 29.

Proceso de Catálisis Homogéneo………………………………... 29.

Proceso de Catálisis Heterogénea……………………………….. 29.

Mecanismos de las Reacciones Catalizadas con sólidos…………... 30.

Factores que afectan las Reacciones Catalíticas…………………... 31.

Ejemplos Prácticos de Catálisis…………………………………….. 31.

CONCLUSIÓN…………………………………………………….... 39.

BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………….. 41.

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INTRODUCCIÓN

Cuando se va a llevar a cabo un determinado proceso que implica una reacción química (o bioquímica) además de conocerse la cinética debe determinarse el tipo y tamaño del reactor y las condiciones de operación más adecuadas para el fin propuesto.

Los equipos en los que se efectúan reacciones homogéneas pueden ser de tres tipos generales: discontinuos (bacth), continuos de flujo estacionario, y semicontinuos de flujo no estacionario Los reactores discontinuos son sencillos de operar e industrialmente se utilizan cuando se han de tratar pequeñas cantidades de sustancias.

Los reactores continuos son ideales para fines industriales cuando han de tratarse grandes cantidades de sustancia y permiten obtener un buen control de la calidad del producto. Los reactores semicontinuos son sistemas más flexibles pero de más difícil análisis y operación que los anteriores; en ellos la velocidad de la reacción puede controlarse con una buena estrategia de agregado de los reactantes.

El punto de partida para el diseño de un reactor es un balance de materia referido a determinado reactante (o producto), que se realiza sobre determinado volumen de control.

Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin consumirse. El catalizador puede reaccionar para formar un intermediario, pero se regenera en un paso subsecuente de la reacción.

Un catalizador acelera una reacción al involucrar una serie de pasos elementales, con cinéticas más favorables que aquellas que existen en su ausencia. Existen tres tipos generales de catálisis, dependiendo de la naturaleza de las sustancias que aumenta la velocidad: catálisis heterogénea, homogénea y enzimático.

Catálisis heterogénea: Los reactivos y productos están en fases distintas.

Catálisis homogénea: Los reactivos y el catalizador están dispersos en una sola fase, generalmente liquida.

Catálisis enzimática: La enzimas son catalizadores biológicos que aumentan la velocidad de las reacciones bioquímicas.

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Los catalizadores funcionan proporcionando un mecanismo (alternativo) que involucra un estado de transición diferente y una menor energía de activación. Por lo tanto, más colisiones moleculares tienen la energía necesaria para alcanzar el estado de transición. En consecuencia, los catalizadores permiten reacciones que de otro modo estarían bloqueadas o ralentizadas por una barrera cinética. El catalizador puede aumentar la velocidad de reacción o de la selectividad, o permitir que la reacción ocurra a menores temperaturas. Este efecto puede ser ilustrado con una distribución de Boltzmann y un diagrama de perfil de energía.

Los catalizadores no cambian el rendimiento de una reacción: no tienen efecto en el equilibrio químico de una reacción, debido a que la velocidad, tanto de la reacción directa como de la inversa, se ven afectadas.

En consecuencia, la eliminación del catalizador también resultaría en una reacción, produciendo energía; esto es, tanto la adición, como su proceso inverso, la eliminación, producirían energía. Así, un catalizador que pudiera cambiar el equilibrio sería un móvil perpetuo, en contradicción con las leyes de la termodinámica.

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Reactor Químico:

Un reactor químico es una unidad procesadora diseñada para que en su interior se lleve a cabo una o varias reacciones químicas.

  Dicha unidad procesadora esta constituida por un recipiente cerrado, el cual cuenta con líneas de entrada y salida para sustancias químicas, y esta gobernado por un algoritmo de control

Tipos de Reactores Ideales

Un reactor se considera un REACTOR IDEAL si:

1) Los reactantes están mezclados a la entrada del reactor, es decir, el tiempo de mezcla es cero y todo el volumen es útil para la reacción.

2) No se forman agregados moleculares.

3) Se sigue un modelo de flujo ideal. El modelo de flujo tiene dos extremos de mezcla que representan la máxima mezcla posible y la inexistencia de la misma y que constituyen los dos modelos de flujo ideales posibles.

Reactor Discontinuo Ideal:

Es el reactor en que su contenido esta perfectamente agitado y su composición es igual en todo el reactor. La composición varía con el tiempo hasta alcanzar una conversión final o de equilibrio del reactivo para las condiciones establecidas (temperatura, concentraciones iniciales de reactivos, presencia de inertes). Una vez detenida la reacción (velocidad de reacción tendiente a cero), se debe vaciar total o parcialmente el reactor e incorporar nueva corriente de entrada si se quiere seguir produciendo productos de reacción.

En un reactor discontinuo ideal no hay entrada ni salida de reactante. Se supone además que el reactor está perfectamente agitado, esto es, que la composición es la misma en todos los puntos del reactor para un instante de tiempo dado. Como la entrada y la salida son nulas el balance de materia queda:

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Dado que el reactor está perfectamente agitado, esto es, todos los puntos tienen la misma composición, el volumen de control para realizar el balance es todo el reactor. Evaluando los términos:

Y teniendo en cuenta que resulta

Integrando se obtiene la ecuación de diseño para el reactor discontinuo:

Si el volumen de reacción permanece constante puede expresarse en función de la

concentración de reactivo

Los reactores discontinuos se usan a escala de laboratorio en investigaciones para determinar la cinética de reacciones y a escala comercial en situaciones de producciones multiproducto y/o cuando se requieren volúmenes de producción pequeños (por ejemplo, en la industria farmacéutica). Sin embargo también se utilizan en producciones de elevado volumen como es la del PVC. En la Tabla se indican ventajas (V) y desventajas (D) de la operación en discontinuo y la operación en continuo:

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Reactor Discontinuo

Reactor de Flujo en Pistón:

En los reactores de flujo pistón isotérmicos la temperatura no varía con la posición en el reactor. Además, no varía con el tiempo por tratarse de un reactor de flujo pistón en estado estacionario. La velocidad de reacción será sólo función de la conversión (o de la concentración) En realidad los reactores de flujo en pistón son reactores tubulares que tienen la particularidad de que en ellos se supone que no existe retromezcla (backmixing) y que cada porción de corriente de entrada que ingresa no se mezcla para nada con su inmediata posterior, la composición de cada diferencial de volumen va variando respecto a la longitud del reactor.

Ecuación de diseño: 

 El reactor de flujo pistón trabaja en estado estacionario. Esto significa que las propiedades no varían con el tiempo. Se dice que un fluido circula por un tubo en flujo pistón cuando no existen gradientes radiales y cuando no hay ningún tipo de mezcla (no existe difusión) axial.

        Si no existe gradiente radial los perfiles de propiedad son planos.        Si no existe difusión axial cada elemento de fluido mantiene su individualidad en todo el reactor sin mezclarse con los elementos anteriores o posteriores. En el caso del movimiento de un émbolo en un pistón.

        El flujo en pistón es una idealización de un determinado flujo, es un modelo matemático. Nos podemos aproximar a esta hipótesis si utilizamos una mezcla de reacción poco viscosa (así eliminamos gradientes radiales). Además si el fluido circula a gran velocidad podemos despreciar el término de difusión axial frente al flujo global.

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        En un reactor de flujo pistón las propiedades no varían con el tiempo pero sí con la posición en el reactor.

Reactor de Mezcla Completa:

La composición de la corriente de salida es igual a la composición dentro de cualquier punto del reactor, esta composición no varía en el tiempo, por lo que se considera en ESTADO ESTACIONARIO. Este tipo de reactores son ideales para estudios cinéticos o de diseño experimental de reactores puesto que son de sencilla construcción en el laboratorio y además en su cálculo de diseño ofrecen la posibilidad de relacionar el grado de conversión requerido (X), la velocidad de reacción(r), el volumen (V) y las concentraciones iniciales de reactivos (Co), todo en una expresión resultante de un balance de masa, sin necesidad de integrar, puesto que el reactor se halla en estado estacionario respecto a la posición dentro del reactor y con respecto al tiempo.

Ecuación de diseño: 

Los reactores continuos tanque agitado se usan normalmente para llevar a cabo reacciones en fase líquida, tanto en el laboratorio como a escala industrial. Sin embargo, también se usa para llevar a cabo reacciones en fase gas sobre todo cuando son reacciones catalizadas por un sólido y para sistemas de reacción sólido-líquido-gas (S-L-G). Sea el siguiente reactor tanque agitado que sigue el modelo de flujo de mezcla perfecta, por tanto con la relación H/DR, Da/DR, tipo de agitador y potencia de agitación adecuados.

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En las unidades continuas interesa la operación en estado estacionario, por tanto se diseñan para ello. En consecuencia la ecuación de diseño que se deducirá será válida para dicho estado estacionario, no siéndolo ni para la puesta en marcha ni para la parada.

Diseño para Reacciones Simples:

La cinetoquímica a escala industrial trata del cálculo de los reactores químicos, basado en modelos cinéticos experimentales y ecuaciones de diseño de balances de materia y energía.

El diseño consiste básicamente en determinar el tiempo y/o tamaño de la operación para obtener las cantidades deseadas de productos. Deben suponerse conocidos la ley de velocidad (así como las constantes involucradas en ella), y los parámetros termodinámicos para el balance de energía (sobre todo en operaciones no isotérmicas); la estimación de datos de velocidad resulta básica, tanto con fines de diseño como para la “selección cinética de alternativas”.

Reactor discontinuo:

Los reactores discontinuos se utilizan principalmente para determinar parámetros de la ley de velocidad para reacciones homogéneas. La determinación se realiza normalmente midiendo la concentración como función del tiempo y después se utiliza o el método diferencial o el integral de análisis de datos para determinar el orden de reacción, a, y la constante de velocidad, k. En algunas ocasiones se puede seguir también la evolución de algún parámetro de reacción, como por ejemplo la presión, y el balance molar se reescribirse en función de la variable medida (en este caso de la presión).

Comparación entre el reactor de mezcla completa y el flujo en pistón para reacciones de primer y segundo orden.

La relación de tamaños entre los reactores de mezcla completa y los de flujo en pistón, para un fin determinado, depende de la extensión de la relación, de la

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estequiometria, y de la forma de la ecuación cinética. En el caso general, la comparación de las ecuaciones:

(5-11 En un reactor experimental de mezcla, se estudió la descomposición en fase acuosa de A, obteniéndose los resultados de la Tabla 5-P ll, correspondientes a experiencias en estado estacionario.Calcúlese el tiempo de residencia necesario para obtener la conversión del 75 % del reactante con una alimentación CA0 = 0.8 mol/litro:a) en un reactor de flujo en pistónb) en un reactor de mezcla completa)

Y (5-17 Se ha estudiado una reacción química en fase acuosa en un sistema a escala de laboratorio en flujo estacionario. El reactor es un recipiente que contiene 5 litros de líquido perfectamente agitado y de composición uniforme. La estequiometria de la reacción es A-* 2R. Y el reactante A se introduce con la concentración de 1 mol/litro. Los resultados de la investigación 1 experimental se resumen en la Tabla S-P17. Dedúzcase una expresión cinética para esta reacción.)

Nos da la relación de tamaños. Vamos a hacer esta comparación para el amplio tipo de reacciones que se ajustan aproximadamente a la ecuación cinética de orden n:

En la que n varía desde cero hasta tres. Para flujo en mezcla completa, la ecuación (5-11) da:

Mientras que para reactores de flujo en pistón, la ecuación (5-17) conduce a:

Dividiendo miembro a miembro ambas expresiones, tenemos:

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Si la densidad permanece constante, o sea si E = 0, integrando resulta:

O bien:

En la Fig. 6-1 se representan en forma gráfica las ecuaciones (6-1) y (6-2). lo que proporciona una comparación rápida entre el comportamiento de los reactores de flujo en pistón y mezcla completa. Para iguales composiciones y caudales de alimentación (CA, y FAO) en ambos tipos de reactores, la ordenada de esta representación da directamente la relación entre el volumen del reactor de mezcla completa y el de flujo en pistón, para cualquier conversión dada. De la Fig. 6-1 se deduce lo siguiente:

1. Para cualquier fin determinado y para todos los órdenes positivos de reacción,el reactor de mezcla completa es siempre mayor que el reactor de flujo en pistón. La relación de volúmenes aumenta con el orden y para reacciones de orden cero el tamaño del reactor es independiente del tipo de flujo.

2. Cuando la conversión es pequeña el comportamiento del reactor está sóloligeramente afectado por el tipo de flujo, la relación de volúmenes tiende a uno cuando la conversión tiende a cero. Esta relación aumenta muy rápidamente cuando la conversión es alta; por consiguiente, si la conversión ha de ser alta será muy importante conocer la representación adecuada del tipo de flujo.

3. La variación de densidad durante la reacción afectará al diseño; sin embargo, en general, su importancia es secundaria en comparación con la de los distintos tipos de flujo. La expansión (o disminución de densidad) durante la reacción hace que aumente la relación de volúmenes, o en otras palabras, disminuye la eficacia del reactor de mezcla completa con respecto al reactor de flujo en pistón; el aumento de densidad durante la reacción actúa en sentido contrario.

Las Figs. 6-5 y 6-6 muestran estas mismas curvas para reacciones de primer y segundo orden con E = 0, pero también incluyen líneas de trazos que representan valores constantes del grupo adimensional de la velocidad de reacción, o módulo de reacción, definido como:

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Con estas líneas podemos comparar diferentes tipos de reactores, tamaños de reactores, y grados de conversión. En el Ejemplo 6-1 se indica el modo de utilizar estas gráficas.

Variación de la reacción de reactantes para reacciones del segundo orden:

Las reacciones de segundo orden de dos componentes y del tipo:

Se comportan como reacciones de segundo orden de un solo componente cuando la relación de reactantes es la unidad. Es decir:

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Por otra parte, cuando se emplea un gran exceso de reactante B su concentración no

varía apreciablemente y la reacción se aproxima en su comportamiento a la de primer orden con respecto al componente limitante A, o sea:

Por lo tanto, en la Fig. 6-1 y en función del componente limitante A, la relación de tamaños entre los reactores de mezcla completa y flujo en pistón viene representada por la región comprendida entre las curvas de primer y segundo orden.

Generalmente es más económico utilizar cantidades molares desiguales de los dos componentes activos de la alimentación, por lo que respecta al costo de los reactantes y de los aparatos (tamaño de reactor). Este factor también influye en el costo de separación de los productos de los reactantes que no han reaccionado.

Por lo tanto, es importante incluir como variable la relación molar de la alimentación para encontrar las condiciones óptimas globales de operación. En los problemas indicados al final del capítulo se considera esta circunstancia.

Comparación Grafica General:

Para las reacciones con velocidad arbitraria pero conocida, las eficacias de funcionamiento de los reactores de mezcla completa y de flujo en pistón se comparan mejor empleando las Figs. 5-4 y 5-6, como se muestra en la Fig. 6-2. La relación entre las dos áreas sombreadas es igual al cociente de los tiempos espaciales necesarios en estos dos reactores.

La curva de velocidad representada en la Fig. 6-2 es característica de un amplio tipo de reacciones cuyas velocidades disminuyen constantemente a medida que se acercan al equilibrio (este tipo incluye todas las reacciones de orden n, con n > 0).

Para estas reacciones puede observarse que el flujo en mezcla completa necesita siempre un volumen mayor que el flujo en pistón, para un fin determinado.

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Definición de Catalizador:

Un catalizador es una sustancia química, simple o compuesta, que modifica la velocidad de una reacción química, interviniendo en ella pero sin llegar a formar parte de los productos resultantes de la misma. Los catalizadores se caracterizan con arreglo a las dos variables principales que los definen: la fase activa y la selectividad.

La actividad y la selectividad, e incluso la vida misma del catalizador, depende directamente de la fase activa utilizada, por lo que se distinguen dos grandes subgrupos: los elementos y compuestos con propiedades de conductores electrónicos y los compuestos que carecen de electrones libres y son, por lo tanto, aislantes o dieléctricos. La mayoría de los catalizadores sólidos son los metales o los óxidos, sulfuros y haloideos de elementos metálicos y de semimetálicos como los elementos boro aluminio, y silicio.

Funciones de los Catalizadores:

o Aumentar la velocidad (generalmente) con la que una transformación química se aproxima al equilibrio. Las concentraciones de catalizador son reducidas.

o El catalizador es más activo cuanto mayor sea el aumento de la velocidad por unidad de catalizador.

o La incorporación de un catalizador muy activo permite:

Reducir el tiempo de operación de los reactores discontinuos.

Reducir el tamaño de los reactores continuos.

Facilitar la transformación a temperaturas más bajas (ahorro energético).

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o Reducir la velocidad de reacciones secundarias hacia productos no deseados

(catalizadores negativos o inhibidores).

o Mejorar la selectividad de una reacción cambiando el rendimiento hacia el

producto deseado.

o Reducción del consumo de reactivo por unidad de producto deseado.

La función específica de un catalizador es en general acelerar una reacción química, sin intervenir en ella; es decir, no se altera en la reacción, la cual se le llama catálisis.

En algunas ocasiones también hacerla más eficiente o como agente de una función específica en la reacción (deshidratante, coagulador, etc.).

Existen de dos tipos de uso:

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1.- Positivos: aceleran la velocidad de reacción, la hacen más eficiente o tienen otra función específica. P. ej.: el MnO2, en la desc. del KClO4 para obtener O2. P. ej.: el H2SO4 en la fabricación de C3H5 (NO3)3 (nitroglicerina): actúa como agente deshidratante.

2.- Negativos: retardan la velocidad de reacción, es decir si algún producto se descompone fácilmente, éste catalizador evita que sea en poco tiempo. P. ej.: el Na2HPO4, evita la rápida descomposición del H2O2. P. ej.: el MTE (Metil-terbutil-éter), evita la detonación espontánea de la C8H18 (gasolina), antes se usaba el Pb(C2H5)4, (tetra-etilo de Plomo,), pero se dejo de usar por ser nocivo a la salud.

También hay de acuerdo a su origen:

3.- Químicos: son compuestos o mezclas químicas. P. ej.: MnO2, MTE, Na2HPO4,H2SO4, Pb (C2H5)4.

4.- Biológicos: cuando se trata por lo regular, de enzimas o células bacterianas (se usan en descomposiciones). P. ej.: Zimaza, Sacaraza, Levadura.

5.- Físicos: cuando son acciones o procesos mecánicos, físicos o del ambiente donde se desarrolla la reacción. P. ej.: Luz, calor, agitación, centrifugación.

Mecanismo de actuación de un Catalizador en una Reacción Química:

o El catalizador no sufre transformación química durante la reacción, pero no

puede considerarse como una sustancia inerte.

o El catalizador es una especie activa que sufre transformaciones en las etapas del mecanismo de la reacción, pero que finalmente se regenera (puede ser considerado como reactivo y producto de la reacción).

k1 k2R. no catalítica: A + B AB* R + S k-1

k1 k2R. Catalítica: A + B + C ABC* R + S + C k-1

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o El catalizador no aparece en la descripción estequiométricas de la reacción aunque aparece directa o indirectamente en la ecuación cinética.

o El catalizador tiene una vida limitada (en tiempos cortos se puede considerar que permanece inalterado).

o El catalizador modifica el mecanismo por el que transcurre la reacción facilitando la formación de complejos intermedios de menor nivel energético y provoca una reducción de las energías de activación E1y E2 directamente relacionadas con la velocidad del proceso.

Transcurso de la Reaccióno El equilibrio no se verá afectado por la presencia de catalizador Acelera la

velocidad de reacción directa e inversa.

o El catalizador no actúa sobre reacciones termodinámicamente imposibles (∆G0>0).

La constante cinética de una reacción llevada a cabo en presencia de un catalizador también cumple la relación de Arrhenius:

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En una reacción catalítica el número de choques entre las moléculas de reactivo y las moléculas de catalizador (representado por el factor pre-exponencial) es ∼ 10 12 veces menor que entre reactivos.

Sin embargo, esto se ve compensado por el descenso de la energía de activación de la reacción catalítica, de tal forma que el efecto global sobre la constante cinética de la reacción catalítica es que sea notablemente mayor que la constante cinética de la reacción en ausencia de catalizador.

Ejemplo:

La reacción de descomposición de éter etílico se lleva a cabo a 700KA Productos

Se dispone de los siguientes datos cinéticos:

Ea (reacción nocatalizada )=217KJ mol−1

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Ea (reacción catalizada, I 2 )=142KJ mol−1

KO (r . nocatalizada )=34,5K 0(r . catalizada)

Determinar el aumento de la velocidad de reacción

−ra : (no cat . )=K (T )C An=K0(no cat .)exp (

−Ea (no cat . )

RT)C A

n

−ra : (cat . )=K (T )C An=K 0(cat .)exp (

−Ea (cat . )

RT)C A

n

Aumento −r A=K0(cat .)exp(−Ea (cat . )

RT )Ko (no cat .)exp(−Ea (no cat . )

RT )

¿exp (75000 J

mol−1

8,314J mol−1K−1700K )

34,5=10525

Los catalizadores generalmente reaccionan con uno o más de los reactivos para formar productos intermedios que, posteriormente, conducen al producto final de reacción. En el proceso se regenera el catalizador.

El siguiente esquema es típico de una reacción catalítica, donde C representa el catalizador, X e Y son reactivos, y Z es el producto de la reacción de X e Y:X + C → XC (1)Y + XC → XYC (2)XYC → CZ (3)CZ → C + Z (4)

Aunque el catalizador es consumido por la reacción 1, posteriormente es producido por la reacción 4, por lo que la reacción global es:X + Y → Z

Como el catalizador se regenera en una reacción, a menudo sólo se necesitan pequeñas cantidades para incrementar la velocidad de la reacción. Sin embargo, en la práctica los catalizadores son algunas veces consumidos en procesos secundarios.

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Características básicas de la catálisis

Las características básicas de la catálisis son las siguientes:

En una reacción catalítica, el catalizador no sufre ningún cambio al concluir la reacción, pero puede participar en las etapas intermedias para acelerar la velocidad de reacción.

Cuando la reacción puede seguir más de un mecanismo, el catalizador manifiesta a veces cierta selectividad favoreciendo uno sobre los demás. Esta situación genera por lo común una distribución de productos diferente a la que se observa con otros mecanismos. La aplicación correcta de la selectividad de catalizadores, permite acelerar la reacción deseada en tanto que se demoran las indeseables.

La velocidad de reacción es generalmente proporcional a la concentración del catalizador. En el caso de una reacción catalizada por un sólido, el área superficial del catalizador y la concentración de los llamados centros activos o sitios catalíticos adquieren importancia.

En una reacción reversible, el catalizador acelera la reacción inversa al igual que la directa. Por ende, la composición en el equilibrio del sistema reaccionante es la misma que la de un sistema no catalizado

En una reacción autocatalítica, en donde uno de los productos de reacción actúa como catalizador, debe estar presente una cantidad pequeña del producto para iniciar la reacción, o debe generarse por otra reacción.

De acuerdo con la teoría del estado de transición, el catalizador reduce la barrera de energía potencial, que ha de sobrepasarse para que los reactantes puedan formar productos.

Con la presencia de un catalizador la barrera de energía desciende, permitiendo que las velocidades sean más altas. Los catalizadores no afectan las energías relativas de los reaccionantes ni de los productos. Los cambios totales de entalpía o de energía libre, así como la constante de equilibrio son los mismos para las reacciones catalizadas que para las no catalizadas. (Levenspiel, 1995). En figura Nº 3.1 se muestra la acción de un catalizador con respecto a una reacción sin catalizar.

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Tipos de Catálisis en función de las especies responsables de la actividad Catalítica:

Catálisis Molecular:

Entidad catalítica ⇒ especies moleculares idénticas todos los centros catalíticos son equivalentes.

Un catalizador modifica la velocidad de una reacción química sin ser utilizado o aparecer como uno de los productos de la reacción. Una reacción química en la que un substrato(S) se transforma en un producto (P): Sla_res2.jpg (719 bytes) P, ocurre por que cierta fracción de moléculas de S, posee mucho más energía que el resto de ellas, lo que es suficiente para que alcancen un estado activado, en el que pueda formarse o romperse un enlace químico y se forme el producto (P).

La energía de activación es la cantidad de energía expresada en calorías, necesaria para que todas las moléculas de un mol, a una temperatura dada alcancen el estado reactivo. Mientras que, el estado de transición es el estado rico en energía de las moléculas que interaccionan en la cima de la barrera de activación. La velocidad de

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una reacción química es proporcional a la concentración del complejo en el estado de transición.

Una reacción química se puede acelerar de la siguiente forma: 1) Al aumentar la temperatura se incrementa la energía cinética, por lo que es mayor el número de moléculas que alcanzan el estado de transición. Generalmente el Q10 =2,, lo que indica que la velocidad de una reacción química se duplica al aumentar la temperatura en 100C. 2) Añadiendo un catalizador, que disminuye la energía de activación y aumenta la velocidad de reacción.

La enzima (E), se combina con el substrato (S) formando el complejo de transición, enzima-substrato (E-S), mediante una reacción reversible, cuya energía de activación es menor que la de la reacción no catalizada. Cuando se forma el producto de la reacción (P), se regenera de nuevo la enzima (E) de forma libre, la que puede combinarse de nuevo con otra molécula de substrato (S).

Una enzima reduce más eficientemente la energía de activación (Ea) de una reacción que un catalizador inorgánico, lo que permite que una reacción se realice a menor temperatura.

Catálisis Superficial ó Catálisis Heterogénea:

Las reacciones catalíticas de esta categoría comprenden sistemas con dos o más fases, entre gaseosas, líquidas y sólidas. El catalizador esta presente en una fase distinta a la de los reactivos. Las reacciones en fase fluida catalizadas con sólidos son las más importantes y se desarrollan con mayor frecuencia en los procesos industriales. Se encontraran ejemplos de catálisis sólidas en gran cantidad de procesos que generan tanto compuestos inorgánicos como orgánicos, por ejemplo, ácidos minerales, amoniaco, metanol, petroquímicos y polímeros sintéticos superiores. Vale la pena mencionar en forma especial la producción de compuestos petroquímicos en los que los catalizadores sólidos desempeñan papeles claves en diversas reacciones, incluyendo la polimerización, la isomerización, la aromatización y la deshidrogenación.

La catálisis es esencialmente un fenómeno químico. La habilidad de una substancia para actuar como catalizador en un sistema específico depende de su naturaleza química. En catálisis heterogénea el fenómeno catalítico está relacionado con las propiedades químicas de la superficie del sólido que se ha elegido como

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catalizador, siendo por supuesto estas propiedades superficiales un reflejo de la química del sólido.

Una recopilación muy simple de catalizadores sólidos y de las reacciones que éstos llevan a cabo condujo a Roginskii a proponer una relación entre propiedades electrónicas y catalíticas. 

Catálisis Enzimática:

Enzimas son proteínas (polímeros de aminoácidos) que catalizan reacciones en organismo vivos y reacciones biológicas

Las reacciones químicas que ocurren en los sistemas vivientes son tan variadas como complejas. Sin embargo, la naturaleza provee velocidades de reacción en condiciones por demás suaves, que harían avergonzar al mejor químico. La mayoría de las reacciones que ocurren en los sistemas vivos son catalizadas por proteínas conocidas con el nombre de enzimas. Cientos de enzimas han sido aisladas y probablemente existen cientos de miles en la naturaleza. Su estructura es muy compleja, y puede ser representada como se muestra en la figura 4.

Las enzimas reciben su nombre en función de su actividad específica, así, por ejemplo, la enzima "ureasa" cataliza con eficiencia la hidrólisis de la urea, las proteasas actúan sobre las proteínas, las amidasas sobre las amidas, etc. Todas las enzimas desde el punto de vista químico son proteínas, pero pueden asociarse con

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substancias no proteínicas, llamadas coenzimas o grupos prostéticos, que son esenciales para la acción de la enzima. A veces las enzimas son inactivas catalíticamente, si no se encuentran en presencia de ciertos iones metálicos.

A la luz de muchos estudios se ha logrado establecer que no toda la molécula de proteína presenta actividad catalítica, sino únicamente una región relativamente pequeña, la cual se denomina centro activo. Los mecanismos de reacción de las enzimas son muy complejos, implicando un número de etapas elementales cada una de las cuales puede incluir interacciones complejas entre varios grupos de las moléculas de la enzima y el sustrato. En las reacciones catalizadas por enzimas las velocidades de reacción, así como los mecanismos se ven afectados por cambios en la concentración, el pH y la temperatura. 

Auto Catálisis:

Uno de los productos de la reacción química actúa como catalizador.

La autocatálisis es el proceso mediante el cual un compuesto químico induce y controla una reacción química sobre sí mismo. Los compuestos autocatalíticos no son catalizadores en sentido estricto ya que su estructura química resulta alterada durante el proceso. No obstante el compuesto no se destruye pudiendo mantener sus propiedades autocatalíticas.

Es la capacidad de ciertas moléculas para aumentar el ritmo de su propia producción en una secuencia de reacciones: la autocatálisis es una reacción bioquímica que aumenta gradualmente su velocidad a partir de la acción catalítica de sus productos.

Tipos de Reacciones Catalíticas

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Reacciones Catalíticas Homogéneas:

Una reacción homogénea es aquella en la que todas las sustancias que intervienen, incluido el catalizador, están en la misma fase. Casi todas estas transformaciones tienen lugar en fase gaseosa o en fase líquida, siendo estas últimas las más numerosas y de mayor importancia industrial (Blanco y Linarte, 1976)

Se producen en una única fase gaseosa o líquida

El catalizador es una substancia que influye sobre la velocidad de reacción y puede alterarse o no durante el proceso. En el caso de que se altere, la substancia se considera como catalizador solamente si no existe relación estequiométrica total entre su peso y el peso de la substancia transformada. Muchas veces, aún las trazas de catalizador son extremadamente eficaces. La relación de utilidad, o número de moléculas convertidas por molécula de catalizador, puede ser del orden de millones.   En las reacciones reversibles, el proceso inverso se acelera en la misma proporción que el directo. Cuando la reacción puede transcurrir según diversos caminos irreversibles, el catalizador puede favorecer un camino frente a los otros, conduciendo así a una distribución de productos diferente a la que se obtiene en la reacción no catalizada.   Los procesos catalíticos son ejemplos excelentes de reacciones complejas. Se considera que el catalizador se combina con alguno de los reactantes para dar un compuesto intermedio, que a continuación reacciona para formar los productos de la reacción principal y dejar en libertad el catalizador, que puede reaccionar nuevamente.

Ejemplos:

1. En la sección 2.7 se ha indicado un mecanismo para la descomposición del ozono en presencia de cloro, según el cual el CCl O2 y el Cl O3 funcionan como eslabones de la cadena. Demuestre que este mecanismo obedece a la ecuación cinética siguiente:

El ClO que aparece en el mecanismo se descompone en sus elementos sin acción sobre la cadena. 

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Mecanismo y Ecuaciones cinéticas (Reacciones elementales):

La reacción tiene lugar en una única etapa mediante una interacción directa entre las moléculas de reactivos, que da lugar a la formación un único complejo activado, se generan los productos.

Ejemplo:

Como ejemplo se considera la reacción global entre el óxido nítrico y el oxígeno:

Se sabe que los productos no se forman directamente como resultado de la colisión de dos moléculas NO con una molécula de O2 porque se ha encontrado la especie N2O2 durante el curso de la reacción. Un mecanismo posible es suponer que la reacción se lleva a cabo en dos etapas o reacciones elementales como las siguientes:

primera etapa

segunda etapa

En la primera etapa dos moléculas de NO chocan para formar una molécula de N2O2; es una reacción bimolecular. Después, sigue una reacción, entre el N2O2 y el O2 para formar dos moléculas de NO2; es una reacción bimolecular. La ecuación

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química global, que representa el cambio total, se puede interpretar como la suma de de estas dos etapas.

Las especies como el N2O2 es el intermediario de la reacción.

Reacciones Catalíticas Heterogénea:

o Muy importante desde el punto de vista industrial

o Ocurren en sistemas de reacciones polifásicos

o La reacción se produce en la interfase

o El catalizador es un sólido y los reactivos gases y/o líquidos

Ejemplo:

Los convertidores catalíticos se utilizan a menudo en los automóviles.  Tres reacciones principales son catalizadas por los convertidores catalíticos.

 La oxidación de monóxido de carbono a dióxido de carbono .

2CO (g) + O 2 (g) → 2CO 2 (g)

La reducción de monóxido de nitrógeno de vuelta a nitrógeno .

2NO (g) + 2CO (g) → N 2 (g) + 2CO 2 (g)

La oxidación de hidrocarburos con el agua y dióxido de carbono . Este proceso puede producirse con cualquiera de los hidrocarburos , pero más comúnmente se realiza con gasolina odiesel .

2 C 6 H 6 O 2 + 15 → 12 CO2 + 6 H 2 O

Reacciones Catalíticas Enzimáticas:

o Llevadas a cabo por enzimas (catalizadores biológicos).

o Son proteínas, entre 10-100 nm, se encuentran entre la catálisis homogénea y

heterogénea.

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En la mayoría de las reacciones enzimáticas la concentración de enzima es mucho

menor que la concentración de sustrato ([E ]<< [ S ]) por lo que [ES] es mucho más pequeña que [S] y puede aplicarse la aproximación del estado estacionario para ES.

d [ES ]dt

=0=k1[ E ][ S ]−k−1[ES ]−k 2[ ES ]

Si [E]0 es la concentración inicial de enzima, entonces [E ]0=[ E ]+[ ES ] , puesto que [E] durante la reacción no se conoce, pero sí [E]0, sustituimos [E] por [E]0 – [ES].

0=k1 ([E ]0−[ ES ])[ S ]−k−1[ ES ]−k2 [ES ]

k 1[ S ] [E ]0−k1[ S ][ES ]−k−1[ ES ]−k2[ ES ]=0

k 1[ S ] [E ]0=(k1 [ S ]+k−1+k 2)[ ES ] y

[ES ]=k1[ E ]0 [ S ]

k1 [ S ]+k−1+k 2 . La ecuación cinética es

v=d [P ]dt

=k 2[ ES ]=k1k 2[ E ]0 [ S ]k1 [ S ]+k−1+k2

=k 2[ E ]0 [ S ]

[ S ]+k−1+k2

k1

=k2[ E ]0 [ S ][ S ]+KM

que se conoce como

la ecuación de Michaelis-Menten, donde KM=

k−1+k2

k1 es la constante de Michaelis.

v=k2 [E ]0 [ S ][ S ]+KM

Si la [S] es pequeña, la ecuación se reduce a v=

k2

KM[E ]0[ S ]

y por lo tanto es una cinética de primer orden respecto a la concentración de sustrato.

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Si [ S ]>>KM entonces v=k2 [E ]0 , siendo una cinética de orden cero. Esto significa que la enzima se satura de sustrato y un aumento de [S] no afecta a la velocidad.

Comparación entre procesos de Catálisis homogénea y procesos de Catálisis heterogéneas:

Proceso de Catálisis Homogéneo (Fase Líquida):

o Baja actividad, dado que el número de centros activos por unidad de volumen de reactor es relativamente bajo.

o Operación a temperaturas medias para preservar la función del catalizador.

o Dificultades en la separación del catalizador del medio de reacción (misma fase).

Proceso de Catálisis Heterogénea:

o Elevada actividad, ya que el número de centros activos que puede exponerse a

los reactivos por unidad de volumen de reactor es más elevado.

o Temperatura de operación no está limitada por las características del disolvente,

lo que permite incrementar la velocidad de reacción.

o Facilidad de separación de productos y catalizador ya que las fases son

diferentes.

La mayor parte de los productos químicos de gran consumo (commodities), obtenidos industrialmente, se sintetizan por medio de procesos catalíticos.

Los productos de alto valor añadido (fine chemicals), suelen también sintetizarse mediante rutas catalíticas, reduciendo el coste de producción, mejorando la selectividad y reduciendo los residuos.

Catálisis Homogénea Catálisis Heterogénea

Única fase(típicamente líquida)

Baja temperaturaSeparación reactivos/productos

Multifase(típicamente sol.-liq. y sol.-gas)

Alta temperaturaSeparación reactivos/productos

y catalizador sencilla

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y catalizador complejaMenor uso industrial

Mayor uso industrialDiseño y optimización del

catalizador complejos

Mecanismos de las reacciones catalizadas con sólidos:

Las etapas o mecanismos que comprende las reacciones en fase fluida catalizadas con sólidos son como sigue: (Perry, 1996)

1. Difusión de los reactivos desde el seno de la fase fluida hacia la superficie y los poros del catalizador.

2. Adsorción (quimisorción) de los reactivos en las superficies exteriores y la interior de los poros (centros activos).

3. Reacción de los reactivos adsorbidos en las superficies para formar los productos.

4. Desorción de los productos hacia la fase fluida cercana a las superficies

5. Difusión de los productos desde los poros y las superficies exteriores hacia el seno de la fase fluida.

Factores que afectan las reacciones catalíticas.

Cada uno de los cinco pasos del proceso catalítico antes mencionados sufre la influencia de uno o más factores, como los siguientes:

Factores de dinámica de fluidos, por ejemplo, la velocidad másica.

Las propiedades del catalizador, por ejemplo, tamaño de partícula, porosidad y dimensiones de poro, así como las características de su superficie.

Características de difusión de los reactivos y productos fluidos.

Las energías de activación necesarias para la adsorción y desorción de reactivos y productos fluidos.

La energía de activación de la reacción superficial.

Factores térmicos como temperatura, características de transporte de calor, etc.

Ejemplo Práctico de Catálisis:

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En algunas reacciones catalíticas, los productos se pueden adsorber más fuertemente que el gas reaccionante. Este es el caso de la descomposición catalítica del amoniaco sobre platino a 1000°C. Como primer paso del análisis cinético de este proceso, muestre que la velocidad de descomposición del amoniaco debe seguir la ecuación:

La reacción global que estamos estudiando es:

Si hay catálisis heterogénea, tendrá que haber adsorción de al menos un reactivo.

En este caso, habiendo sólo uno, es claro que el amoniaco tiene que quimiadsorberse.

El mecanismo más sencillo posible sería entonces:

En este caso, puesto que en la ley experimental aparece el hidrógeno tendremos que suponer que éste queda adsorbido y por lo tanto hemos de añadir la etapa de desorción del mismo.

Igualmente, comenzamos suponiendo que la reacción química es una etapa elemental e irreversible y que es la etapa lenta. La adsorción/desorción es siempre reversible y al ser más rápida que la de reacción podremos asumir que estarán siempre en equilibrio.

Al haber una etapa lenta podemos escribir la velocidad de la reacción teniendo en cuenta únicamente esta etapa. A partir de (2):

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Y como la adsorción de amoniaco e hidrógeno están en equilibrio, utilizando la isoterma de Langmuir de acuerdo con (1) y (3) la fracción de centros ocupados por amoniaco será igual a:

Sustituyendo (5) en (4) nos queda la velocidad de reacción en función de la presión de amoniaco, una magnitud que podemos seguir durante el trascurso de la reacción:

Si suponemos que la adsorción del hidrógeno es más fuerte que la de amoniaco, en el denominador podremos simplificar:

Si además podemos suponer que la adsorción del hidrógeno es suficientemente intensa como para despreciar la unidad frente al término K·P

Con lo que la ley de velocidad quedaría:

Problema 1:

1- Un sustrato S se transforma por una enzima, y la velocidad de desaparición se mide cada 30 seg. durante 3 min. Se preparó en tubos de ensayo una serie de seis tubos con 1.5 µg de enzima (peso mol 30,000) añadiéndose un mismo volumen de disolución de sustrato a distintas concentraciones. Los resultados están resumidos en la tabla. ¿Cuáles son las velocidades iniciales para cada tubo con distinta concentración de sustrato?

Tiempo (min) Sustrato transformado (µmol)0S 1S 2S 3S 4S 5S

0.5 0.0 0.49 0.71 1.10 1.36 1.451 0.1 1.05 1.52 2.24 2.74 3.001.5 0.2 1.66 2.36 3.48 - -2.0 0.3 2.23 3.18 - - -

Pág. 33

2.5 0.4 2.81 4.00 - - -3 0.5 3.40 - - - -Conc. Inicial(µmoles ml-1)

0.0 2.32 4.55 12.66 38.50 200.00

Solución: Paso 1. Corregir cada lectura sustrayendo el cambio aparente en la disolución testigo (0S) en el tiempo correspondiente.

1S 2S 3S 4S 5S0.49 0.71 1.1 1.36 1.450.95 1.42

2.14 2.64 2.90

1.46 2.16

3.28 - -

1.93 2.88 - - -2.41 3.6 - - -2.9 - - - -

Paso 2. Representar moles de sustrato transformado para cada concentración frente al tiempo (Figura). Trazar la mejor recta para cada serie de puntos.

De esta figura determinar la velocidad de sustrato transformado por minuto para cada concentración de sustrato en el tramo lineal de cada curva. Estos valores serán las pendientes de las porciones lineales y serán también las velocidades iniciales.

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Tiempo (minutos)

Sustrato transformado (µmol)

1S

2S

3S

4S

5S

[1S] 2.32 x 10-3 M 1V= 0.95 µmol min-1

[2S] 4.55 x 10-3 M 2V= 1.44 µmol min-1

[3S] 12.66 x 10-3 M 3V= 2.31 µmol min-1

[4S] 38.50 x 10-3 M 4V= 2.64 µmol min-1

[5S] 200.00 x 10-3 M 5V= 2.90 µmol min-1

Estos valores se representan unos frente a otros

Problema 2:

v0 = Vmáx [S] Km + [S]

Utilizando la ecuación de Micaelis-Menten, calcular el cambio en la [S] necesaria para aumentar la velocidad de una reacción del 10 al 90 % de la velocidad máxima.

SOLUCIÓNPoniendo v0 = 0,1 Vmáx

Entonces [S] = 0,1 Km + [S]

[S] = (Km + [S]) . 0,1

[S] = 0,1 Km + 0,1 [S]

[S] - 0,1 [S] = 0,1 Km

0,9 [S] = 0,1 Km

9 [S] = Km

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Conc. Sustrato (M x 103)

Velocidad inicial (µmol min-1)

Es decir, [S] = Km / 9

Poniendo v0 = 0,9 Vmax encontramos que [S] = 9 Km,

entonces [S]90% = 9 Km = 81 [S]10% Km/9

Es decir, se debe aumentar la [S] 81 veces.

Problema 3: Las velocidades iniciales a varias concentraciones de sustrato para una reacción catalizada por una enzima hipotética son: [S] (moles/l) V (µmoles/min) 5x10-2 0.25 5x10-3 0.25 5x10-4 0.25 5x10-5 0.20 5x10-6 0.071 5x10-7 0.0096

a) ¿Cuál es la velocidad máxima para esta reacción? b) ¿Por qué la velocidad inicial permanece constante a una [S] mayor de 5x10-4 M c) ¿Cuál es la concentración de enzima libre para una [S] de 5x10-4 M? d) ¿Cuál es la Km de la enzima? e) Calcular la velocidad inicial para [S]=1x10-6

y [S]=1x10-1

f) Calcular la concentración de producto formado en los cinco primeros minutos de reacción utilizando 10 ml de una disolución de sustrato 2x10-3 M.

SOLUCIÓNa) Vmax = 0.25 µmol/min, ya que por encima de [S] de 5x10-4 no aumenta.b) Porque todos los enzimas está ocupados transformando un sustrato.c) Cero, todos los enzimas ocupados, a esa [S] se da la Vmax. d) Empleando la ecuación de Michaelis, utilizando la velocidad 0.20, 0.070 ó 0.0096 y sus correspondientes [S], como sabemos la Vmax, obtenemos una Km 0 1,25 x 10-5

moles/l. e) Sabiendo la Km y Vmax, aplicamos Michaelis utilizando esas [S], y obtenemos: V = 0,018 µmol/min y V = 0,25 µmol/min.f) A [2x10-3] la V = Vmax = 0,25 µmol/min. En 5 min 0,25 x 5 = 1,25 µmol. Tenemos 10 ml de sustrato, luego 1,25 µmol / 10-2 l = 1,25 x 102 µmol/l

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0.00 0.01 0.02 0.03 0.040.00

0.06

0.12

0.18

0.24

0.30

1/V

inic

ial (

mg

min

mm

oles

-1)

1/[urea] (dm3 mmoles-1)

Problema 4:Se estudió la actividad de la enzima ureasa, que cataliza la reacción:CO(NH2)2+H2O CO2+2NH2

en función de la concentración de urea, con los resultados siguientes:

Concentración de urea (mmoles dm-3) 30 60 100 150 250 400V inicial (mmoles urea consumidos min-1 mg enzima-1) 3,37 5,53 7,42 8,94 10,70 12,04

¿Cuáles son los valores de Km y Vmáx para esta reacción?

SOLUCIÓNLos datos se ordenan en la forma adecuada para una gráfica lineal (por ejemplo, 1/Vinicial frente a 1/[S], aunque existen otras formas de linealizar que no son motivo de nuestro estudio). La gráfica de la doble inversa se indica en la Figura. De la gráfica se puede calcular que Km es 105 mmoles dm -3 y la Vmáx es 15,2 mmoles urea consumidos mg -1 min -1 . Observar la distribución de los puntos y tener presente cuando se eligen los valores adecuados para la concentración de sustrato al planificar un experimento.

Ejemplo resuelto de acuerdo con el método de doble inversa o de Lineweaver-Burk.

Problema 5:Se investigó el efecto de un inhibidor I sobre la velocidad de una reacción catalizada enzimáticamente sobre un solo sustrato, obteniéndose los siguientes resultados

Concentración de sustrato(mmol L -1)

Concentración del inhibidor(mmol L -1)

Pág. 37

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

1/[S] 0 [(mmol L-1) -1]

1/n 0

(m m

ol L

-1 m

in-1

)

[I ] 0 (mmol L-1)

[I ] 0,5 (mmol L-1)

[I ] 1,0 (mmol L-1)

0 0.5 1.0Velocidad de reacción (mol L -1 min-1)

0.050.100.200.400.50

0.33 0.20 0.14 0.50 0.33 0.25 0.67 0.50 0.40 0.80 0.67 0.57 0.83 0.71 0.63

A) ¿De que manera actúa el inhibidor? B) Obténgase los valores para Vmáx, y Km.

SOLUCIÓNA) La manera más sencilla de deducir cómo actúa un inhibidor es graficar 1/ en función de 1/[S]0 para cada concentración del inhibidor.

Gráfica de Lineweaver-Burk del efecto de un inhibidor

A partir de la gráfica se puede observar que la pendiente de las curvas se modifica con los cambios en la concentración del inhibidor pero no la intersección en el eje

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0.5

0

1

-1/Km

Vmáx

1/Vmax). Por ello los datos anteriores indican que el inhibidor I está actuando como un inhibidor competitivo.

B) De la intersección en el eje 1/ se puede estimar Vmax= 1(mol L -1 min-1) y de la intersección con el eje 1/[S]0 los valores de Km=0,1 (mmol L -1) sin ihnhibidor, Km=0,2(mmol L -1)con 0.5(mmol L -1) de inhibidor y Km=0,3 (mmol L -1) con 1(mmol L-1)

CONCLUSIÓN

Por los avances notables logrados en la cinética, catálisis y en la ingeniería del análisis y diseño de los reactores químicos, nace el objetivo de proporcionar  dichos conocimientos en forma adecuada e ilustrativa mediante un texto didáctico basados principalmente en los principios científicos de diseño industrial.  Se sabe que para el diseño de todo equipo industrial existen tres enfoques fundamentales que se deben tomar en cuenta: 1) el fisicoquímico; 2) el económico y 3) el concerniente a la seguridad. En el desarrollo del texto se toma en cuenta principalmente los dos primeros.  El enfoque adoptado intenta mostrar que el problema de diseño de un reactor implica una aplicación de los conceptos fundamentales de los procesos  físicos y químicos, es decir los  fenómenos de transferencia  con reacción química. En tal sentido se da por aceptada la base de los conocimientos de cinética, fenómenos de transporte y conceptos esenciales de termodinámica. Aunque tales temas pueden ser repasados en la parte de temas de apoyo.  Está claro, la catálisis es un mundo muy complejo, es un fenómeno importante en nuestra vida cotidiana, su uso permite producir mucho de los materiales que nos

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rodean, tales como lo son: plásticos, fibras, alimentos, entre otros. También la calidad del aire que respiramos puede ser modificado mediante catálisis, además se esta utilizando para el mejoramiento del medio ambiente, y económicamente es importante, pues es una rama de gran utilidad en la industria química, en donde importaciones y exportaciones producen grandes beneficios económicos.

Existen muchos factores que influyen en la reacción, y el objetivo final es encontrar el equilibrio entre ellos para satisfacer las condiciones idóneas, que se trata de un campo comprometedor.

Realizado por:Fabiola Laguna C.I: 19.572.380

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La cinética química trata principalmente del estudio de la velocidad con que ocurre una reacción química, considerando los factores que influyen sobre ella y explicando la causa de la magnitud de esa velocidad de reacción. Este estudio es de primordial importancia pues una reacción puede ser termodinámicamente favorable pero su velocidad tan baja que a los efectos prácticos no ocurre. En el otro extremo, una reacción puede tener una velocidad tan elevada que entre en la categoría de las reacciones explosivas.

Hay muchas maneras de clasificar las reacciones químicas. A nuestros efectos puede resultar adecuado dividirlas según el número de fases implicadas: sistemas homogéneos (una sola fase) y heterogéneos (se requiere más de una fase para que la reacción tenga lugar). Muchas veces esta distinción no es tajante. Otra clasificación posible es dividirlas entre catalizadas o no catalizadas. Un catalizador es una sustancia que, sin ser ni reactante ni producto, interviene en la transformación química y resulta incambiada con la reacción pero modifica la velocidad de reacción.

Los catalizadores pueden ser inorgánicos como por ejemplo los utilizados en la refinación del petróleo, pero también pueden ser biológicos, por ejemplo las enzimas de las reacciones bioquímicas.

La velocidad de una reacción química puede estar afectada por diversas variables. En los sistemas homogéneos las variables son la temperatura, la presión y la composición.

En los sistemas heterogéneos hay que tener en cuenta además el pasaje de materia de una fase a otra y eventualmente la transferencia del calor generado por la reacción.

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En todos los casos si la reacción global consta de varias etapas en serie, la etapa más lenta de la serie es la que ejerce más influencia y se denomina etapa controlante.

Realizado por:Lauris Hilarraza C.I: 13.740.903

BIBLIOGRAFÍA

http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/00118.htm

http://diposit.ub.edu/dspace/bitstream/2445/12703/1/APUNTS%20DE%20REACTORS%20QU%C3%8DMICS.pdf

http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/00611.htm

http://ocw.upm.es/ingenieria-quimica/ingenieria-de-la-reaccion-quimica/contenidos/OCW/LO/cap2.pdf

http://reaccionesunefm.files.wordpress.com/2009/02/levenspiel-o-parte-i.pdf

http://saber.ucv.ve/xmlui/bitstream/123456789/57/1/TEG%20-%20Adriana%20Acevedo.pdf

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