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Físico-Química III

Catálise Homogênea & Heterogênea

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Catálise Homogênea & Heterogênea
Programa da Disciplina: Conteúdo

• CONTEÚDO
– Velocidades das Reações Químicas. – Dinâmica Molecular das Reações. – Catálise Homogênea & Heterogênea:
• Catálise Homogênea: Características da Catálise Homogênea; CatáliseEnzimática. • Catálise Heterogênea: Crescimento das Superfícies; Composição das Superfícies; Adsorção Física e Química; Isotermas de Adsorção; Velocidades de Processos nas Superfícies; Adsorção e Catálise; Exemplos de Catálise.

– Cinética das Reações Complexas.
Cont. Otávio Santana Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 2

Catálise Homogênea & Heterogênea
Introdução

• Catalisador: Efeitos
– Umcatalisador é uma substância que acelera uma reação, sem ser consumida no processo.

– Seu efeito líquido é o de diminuir a energia de ativação, através de uma rota que evita a etapa lenta.

– O catalisador não altera a termoquímica da reação (propriedades como ΔHr não se modificam).

Otávio Santana

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Catálise Homogênea & Heterogênea
Introdução

• Catalisador: Definições
– Umcatalisador homogêneo é aquele que está na mesma fase da mistura reacional.

– Um catalisador heterogêneo é aquele que está em uma fase diferente da mistura reacional.

– Uma enzima é um catalisador biológico, muito específico, com efeito muito marcante na velocidade.

Otávio Santana

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Catálise Homogênea & Heterogênea
Introdução

• Catalisador: Efeitos & definições


A energia de ativaçãoda decomposição do peróxido de hidrogênio em solução aquosa é Ea = 76 kJ/mol.


Esta reação é catalisada por íons iodeto, com Ea = 57 kJ/mol (aumento de ~2000 na constante de velocidade). Esta reação é catalisada pela enzima catalase (hidroperoxidase) com Ea = 8 kJ/mol (aumento de ~10 15).





Um exemplo de catálise heterogênea é o da hidrogenação do eteno a etano, que ocorre nasuperfície de Pd, Pt e Ni.


O metal fornece uma superfície na qual os reagentes se ligam, o que facilita os encontros entre as espécies.

Otávio Santana

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Catálise Homogênea & Heterogênea
Catálise Homogênea

• Catálise Homogênea: Características
– Pode-se ter uma compreensão sobre a ação de um catalisador pela investigação da decomposição do peróxido de hidrogênio:

2H 2 O2( aq) → 2H2 O( ℓ) + O 2(g )


Acredita-se que a reação ocorra com um mecanismo com préequilíbrio:

H2 O 2 + H3 O
+ -

+

⇌ H3 O2 + H2 O

+

K ≃

[H 3 O 2 ] [H2 O 2 ][H3 O + ]

+

H3 O 2 + Br → HOBr + H2 O H2 O 2 + HOBr → H3 O + O2 + Br
Otávio Santana + -

v = k [H3 O+ ][Br -] 2
Etapa rápida
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Catálise Homogênea & Heterogênea
Catálise Homogênea

• Catálise Homogênea:Características
– Pode-se ter uma compreensão sobre a ação de um catalisador pela investigação da decomposição do peróxido de hidrogênio:

2H 2 O2( aq) → 2 H2 O( ℓ) + O 2(g )


Acredita-se que a reação ocorra com um mecanismo com préequilíbrio:

H2 O 2 + H3 O
+ -

+

⇌ H3 O2 + H2 O
+
-

+

H3 O 2 + Br → HOBr + H2 O H2 O 2 + HOBr → H3 O + O2 + Br
Otávio Santana +

d [O 2 ] dt

≃k ef [H2 O2 ][H3 O +][Br -]

k ef = kK ≫ k
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Catálise Homogênea & Heterogênea
Catálise Homogênea

• Catálise Homogênea: Características
– Pode-se ter uma compreensão sobre a ação de um catalisador pela investigação da decomposição do peróxido de hidrogênio:

2H 2 O2( aq) → 2 H2 O( ℓ) + O 2(g )


Acredita-se que a reação ocorra com um mecanismo com préequilíbrio: O mecanismoproposto leva a dependência correta com o pH do meio e a concentração de íons Br–. A energia de ativação observada é a da constante efetiva kef.



+

d [O 2 ] dt

≃ k ef [H2 O2 ][H3 O ][Br ]

+

-



k ef = kK ≫ k
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Otávio Santana

Catálise Homogênea & Heterogênea
Catálise Homogênea

• Catálise Enzimática & Inibição Enzimática
– Enzimas são catalisadores biológicos...
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