Cinetica reacțiilor în cataliza omogenă

Generalitati privind cataliza si catalizatorii

Reactiile catalitice sunt reactiile la care participa catalizatorii. Catalizatorii sunt substante care accelereaza o anumita reactie chimica sau biochimica, ei participa la reactie dar la finalul acesteia starea si cantitatea lor ramane neschimbata. Sunt numeroase sisteme farmaceutice care provin, sau participa la reactii catalizate de diversi catalizaori, reactiile desfasurandu-se intr-o singura faza.

Reactiile catalitice sunt reactii cu segvente inchise, in care centrele active nu provin din substante initiale ci sunt substante straine. Catalizatorii accelereaza numai reactii elementare posibile termodinamic, adica reactii care se desfasoara cu scaderea entalpiei libere, in sensul stabilirii echilibrului. De aceea se spune ca selectivitatea este o caracteristica foarte importanta pentru catalizatori. Cataliza, [ 1 ] , se clasifica in:

- cataliza omogena: cand catalizatorul si reactantii de afla in aceeasi faza ( lichida sau gazoasa)

- cataliza heterogena: cand catalizatorul si reactantii se regasessc in faze diferite iar reactia are loc la interfata solid-gaz sau solid-lichid. In acest caz, de regula, catalizatorul este faza solida;

- cataliza enzimatica: cand catalizatorul este o enzima ( biocatalizator)

- cataliza negative: cand catalizatorul micsoreaza selective viteza de reactie. Inhibitorii sunt de asemenea sumbstante care micsoreaza viteza de reactie dar ei se consuma in timpul reactiei.

Pentru aprecierea unui catalizator se iau in considerare:

- activitatea catalitica: exprimata in numarul de reactii catalizate care au loc in unitatea de timp si in unitatea de spatiu ( pentru cataliza omogena in unitatea de volum)

- activitatea catalitica specifica: exprimata prin numarul de reactii catalizate care au loc pe unitatea de centru active sau grupare active a catalizatorului in unitatea de timp

Catalizatorii prezinta o specificitate ce variaza in limite foarte largi. De exemplu acizii catalizeaza numeroase tipuri de reactii chimice, pe cand enzimele catalizeaza in “ vivo” un singur proces biochimic bine determinat.

Fig.1.1 Variatia energiei sistemului Fig.1.2 Variatia energiei sistemului

dupa un mecanism trimolecular al dupa un mecanism bimolecular al

reactiei cu catalizator si fara catalizator reactiei cu catalizator si fara

catalizator

Catalizatorul care catalizeaza o reactie chimica micsoreaza energia de activare a procesului prin participarea sa la reactie.

Conform figurilor 1.1 si 1.2 se evidentiaza clar diferenta dintre o reactie necatalizata si una catalizata, [2]. In figura 1.1 este redat profilul energetic pentru un mechanism trimolecular , iar in figura 1.2 este redat profilul energetic pentru un mechanism bimoleculat.

Catalizatorul nu poate in fluenta echilibrul chimic ci poate doar accelera viteza de atingere a acestui echilibru, deci fara modificarea energiei libere de reactie (delta)G. Echilibrul odata atins, catalizatorul mareste de acelas numar de ori si constanta de viteza a reactiei inverse.

Catalizatorii pot fi impurificati de catre alte substante ce sunt absorbite puternic de centrii active unde au loc reactiile in mod normal. CO este princupale substanta care impurifica cuprul cand acesta este folosit in hidragenarea etilenului. Alte substante cunoscute sub numele de promotori maresc capacitatea de cataliza. De exemplu ionii de cupru maresc activitatea catalitica a ionilor de fier in descompunerea apei oxigenate.