Neste conteúdo, abordaremos:
Você sabe o que são catalisadores e como ocorre sua utilização para otimizar processos industriais? Confira estas informações e muito mais neste artigo!
- O que são catalisadores?
- Quais são os tipos de catálise?
Está sem tempo de ler o conteúdo? Baixe ele agora clicando no botão abaixo!
O que são catalisadores?
Catalisadores são substâncias, naturais ou sintéticas, que atuam diretamente na cinética das reações químicas. Em geral, é possível dizer que tais materiais aumentam a velocidade da reação e, desse modo, diminuem o tempo e a energia necessária para que o processo químico ocorra. Existem também casos em que é interessante retardar uma reação, caso haja benefícios relacionados às condições reacionais, facilidade de reação ou qualidade dos produtos gerados.
No entanto, em uma perspectiva mais aprofundada, os catalisadores interferem na energia de ativação necessária para que uma reação química específica ocorra. Na maioria dos casos, servem como forma de reduzir essa energia necessária para que a formação de produtos ocorra.
Com esse objetivo, os catalisadores podem diminuir a energia do estado de transição, em que os átomos ou moléculas estão reunidos entre a formação de produtos ou a volta para a forma de reagentes. Não só isso, como também podem induzir rotas em que o mecanismo de reação ocorra de maneira mais fluida e eficiente. Ambas atuações são capazes de diminuir a energia de ativação necessária.
Em síntese, os catalisadores funcionam como facilitadores das reações, diminuindo o número de obstáculos e impedimentos durante a interação dos reagentes. Nesse ponto, cabe ressaltar que a catálise não interfere no equilíbrio químico estabelecido no meio reacional, apenas no caminho cinético que leva a tal estado é afetado. No fim do processo, os catalisadores podem ser recuperados, uma vez que não são consumidos durante a reação.
Quais são os tipos de catálise?
Há uma grande variedade de processos mediados pela ação de catalisadores, os quais podem ser agrupados em algumas classes para facilitar a distinção entre eles. A primeira classificação importante dentro do universo de catalisadores diz respeito às diferentes fases existentes no meio reacional:
Catálise homogênea
Neste caso, tanto os reagentes quanto os catalisadores se apresentam na mesma fase, o que permite fácil interação entre ambos. É comumente utilizada em fase líquida, e proporciona bons resultados de reações com condições operacionais moderadas. Em geral, os aspectos químicos da reação ocorrem de forma mais definida e consistente neste tipo de catálise.
Contudo, por se encontrarem na mesma fase, nem sempre é fácil diferenciar e separar o catalisador após a reação. Tal complicação é ainda mais preocupante em grande escala industrial, uma vez que pode requerer uma ou várias etapas apenas para garantir a recuperação satisfatória dos catalisadores para reutilização posterior.
Catálise heterogênea
Já a catálise heterogênea têm como característica a presença de duas ou mais fases no meio reacional. Na maioria dos exemplos desta classe, o catalisador se apresenta na fase sólida, enquanto os reagentes estão em fase líquida ou gasosa. Para que ocorra, é necessário que as moléculas de reagentes se liguem à superfície do catalisador, fenômeno conhecido como adsorção. Tal interação entre fases deve ocorrer no chamado sítio ativo, ou seja, pontos de afinidade entre o reagente e o catalisador, em que a reação de interesse é facilitada. Em relação à escala industrial, a utilização da catálise heterogênea é ampla, principalmente por conta da maior simplicidade para recuperação dos agentes catalíticos.
Por outro lado, os processos catalíticos podem ser classificados de acordo com a natureza do catalisador ou a forma como este atua quimicamente. Nesse sentido, estes são alguns exemplos de diferentes formas de aplicação da catálise:
Catálise ácida e básica
Estas são formas distintas de catálise (podem funcionar de maneira conjunta), que dependem da natureza química do catalisador, seja ele uma base (doador de elétrons) ou um ácido (receptor de elétrons). Neste caso, o movimento dos elétrons, prótons e o pH do meio são fatores extremamente relevantes para a ocorrência das reações da forma desejada. Em geral, busca-se formar um composto intermediário estável, o qual é mais suscetível à interação com outros reagentes.
Catálise metálica
A catálise metálica está diretamente relacionada à utilização de íons metálicos como catalisadores. Isso porque os metais podem se ligar momentaneamente em substratos iônicos para induzir determinada reação ou, até mesmo, proporcionar um meio suscetível para a ocorrência de reações de oxirredução, alterando seu próprio estado de oxidação. Muitas vezes, tal catálise pode ocorrer em conjunto com enzimas em bioprocessos.
Organocatálise
Aqui compostos orgânicos, sem a presença de metais, têm seu uso como catalisadores de reações orgânicas. A grande inovação deste método é a facilidade de obtenção e manuseio dos catalisadores, além da possibilidade de realizar o processo catalítico em condições de operação mais brandas. Desse modo, a organocatálise é relacionada com a implementação dos famosos conceitos da Química Verde, os quais buscam tornar os processos mais eficientes e menos nocivos ao meio ambiente.
Biocatálise
A biocatálise tem como principal característica a utilização de meios biológicos para catalisar processos e reações químicas. As células e enzimas são os principais elementos utilizados como catalisadores. Nesse sentido, é possível apontar que tais métodos apresentam uma ótima eficiência, boa seletividade (devido à estrutura do sítio ativo de enzimas) e compactuam com a ideia da Química Verde. Por isso, este ramo tem grande relevância nas pesquisas atuais. Contudo, apesar do grande interesse da indústria por esse tipo de processo catalítico, ainda é difícil e custoso encontrar os materiais e equipamentos necessários.
Como a Propeq pode te ajudar?
Se interessou pelo uso de catalisadores e deseja implementar esta solução em seu processo? Ou já tem uma rota consolidada e gostaria de otimizar sua produção? A Propeq, consultoria júnior em Engenharia Química da Unicamp, está aqui para te ajudar! Clique abaixo e entre em contato com um de nossos consultores!
