Físico-Química II - Aula 05 - Catálise Homogênea e Heterogênea

[Música] tudo bem vamos lá nossa próxima aula onde vamos falar um pouquinho sobre os fundamentos físico-químicos da catalhunha homogênea e heterogênea tá então é falando especificamente sobre catálise como é que a gente define um catalisador é o catalisador seria uma substância que aumenta a velocidade de uma reação ao diminuir a sua energia de ativação tá então essa seria uma definição clássica de catalisador e aí existem dois tipos né catalisador homogêneo heterogéneo então a gente vai ver especificamente cada um deles é exemplo de catalisador seriam por exemplo átomos de cloro que são considerados catalisadores para a

destruição do ozônio é como a gente vê é neste gráfico o aumento da acidez efeito de destruição do ozônio por átomos de cloro por exemplo um dos fenômenos que leva a esse processo e aí na catálise homogênea a gente definir o que seria o que é onde uma reação a onde o catalisador ea reação estão em uma mesma fase tá então por exemplo eu tenho tudo correndo no meio a coso o meu catalisador então é está na mesma fase então ele seria costa' na catálise homogênea um exemplo seria de composição da água oxigenada ou do

peróxido de hidrogênio essa decomposição ela é naturalmente muito lenta netão sem nenhum uso de nenhum catalisador é uma reação muito lenta então o que acontece né ana por essa reação aqui logo que em nada se decompondo em água e oxigênio só que se verifica aqui com a na presença de deus bromo ocorre essa reação é muito mais rápida então a gente vê é visualmente pela fé ou a produção de gaza e como mostra aquela figura é que a reação está ocorrendo bem rapidamente devido à presença do lyon bron tá então a gente pudesse visualizar o

equacionar isso como é que a gente mostraria a oxigênio nada na presença de globo em meio ácido né que a gente tem agora mais aqui o formare então br2 eo h2oh e aí uma característica que a gente observa daqui a pouco vocês vão ver na figura que a gente observa visualmente é a coloração marrom devido a quem a formação do pr2 tá e aí sim esse br2 interage com água oxigenada formando o íon bromo o h mais e água oxigenada então quem estava no início estava no fim se a gente somar as equações a gente

vai ter exatamente a nossa reação global aqui mostrando que o bromo entrou e saiu do mesmo jeito então essa é uma característica dos catalisadores eles não reagem e sim eles mudam daqui a pouquinho a energia de ativação dessa reação tá é então o br - ele é catalisador porquê porque ele pode ser recuperado no final da reação nessa figura dá pra ver claramente o efeito então a gente tem água oxigenada é inicialmente e meio ácido tá então por isso que o h mais é importante a hora que eu adiciono br - na então lembra que

eu mostrei isso é a formação do br2 que a característica essa coloração marrom então a gente vê a formação aqui do b r 2 ea na próxima etapa se br2 é consumido e aí a formação aqui do oxigênio e aí no final nós temos então na reta na reação final a água oxigenada se transformando em água e oxigênio tudo bem então essa é a característica dos catalisadores é como falei anteriormente um catalisador qualquer principal é função dele é diminuir a energia de ativação tão diminuir a energia de ativação com uma menor energia a gente alcança

mais rapidamente a os produtos então a gente né por gráfico fica fácil de visualizar isso a curva em vermelho é reação sem catalisador ea cor vinho azul a com catalisador então pra esse caso da decomposição da água oxigenada em com íons dromo levando em consideração br - então olha só a gente tem pro reagentes e produtos continuam mesmo tanto para a reação não é pra curva inhaúma em vermelho pra curve azul o que muda é sem catalisador olha só a energia de ativação que a gente vai precisar para os reagentes alcançarem a que o estado

de transição é exatamente essa quantidade enquanto que com catalisador na curva azul a gente vai precisar de uma menor energia para alcançar os produtos então essa ideia por trás dos catalisadores o que eles fazem é diminuir a energia de ativação da reação facilitando então aumentando a velocidade da reação tudo bem é além disso pensando molecularmente segunda teoria de colisões né entre as partículas entre as moléculas a gente vê que os catalisadores também aumentam o número de colisões efetivas a partir do momento condição nesse catalisador a diminuir energia efetivação e além disso aumenta o número de

colisões efetivas entre essas partículas entre essas moléculas tá isso dá pra ver esse gráfico então essa figura mostra a distribuição é de número de colisões por energia para uma reação sem catalisador e ter uma reação com catalisador então a gente tem uma fração aqui de colisões efetivas que a gente vê um aumento dessa área respectiva as colisões efetivas quando a gente adiciona catalisador então isso é um outro fator bastante interessante para a gente levar em consideração quando se aciona catalisador nenhuma reação química é como a gente como eu falei nem os catalisadores podem aumentar então

esse número de cores mais efetivas e a equação de arreios mostra pra gente que os catalisadores aumentam a constante cá de velocidade devido ao aumento da constante a ou na equação da hennes ou diminuir da energia de ativação então se a gente quiser fazer um paralelo da presença de catalisadores e a equação de arreios a gente vê essa relação a gente vê que catalisador almeida constante kaká aumenta o a probabilidade lembra que o ice relação a probabilidade de colisões efetivas e também diminui a energia de ativação facilitando o processo da reação química é o catalisador

ele pode se adicionar pode adicionar intermediários a reação ou seja ao adicionar um catalisador se vocês lembrarem da corrida daquele gráfico de coordenada de caminho de reação a gente pode observar a formação de um intermediário que depois ele participará reação pra acelerar aquela reação química tá então por exemplo naquela reação da água oxigenada a gente pode dizer que na presença de br - o br o br2 né formado que é aquela espécie marrom que aparece aquela figura ele é considerado intermediário então ele precisou aparecer na reação para reagir com água oxigenada por aí se informar

ou é oxigênio tá então a gente a presença de um catalisador pode gerar uma outra espécie chamada como intermediário tudo bem levando em consideração vamos imaginar então nossa reação hipotética onde a gente tem um reagente a mais o reagente b produzindo c e d como a constante de velocidade kakuta isso sem catalisador agente adicionar um catalisador a gente vai ter a mesma reação o a + b produzindo cd com uma constante de velocidade casseta a a onde a velocidade da reação catalisada então é maior do que a velocidade da reação não capitalizada então é essa

relação que a gente tem tá ea gente pode ver que puder pelo gráfico é essa mudança específica da energia de ativação então aqui é uma reação sem catalisador então a gente tem um reagente a e b e formandos e de então a gente tem essa barreira a cnec reagir eu sei a gente tem que vencer e para chegar produto então esse valor é a nossa energia de estimação e para uma reação com catalisador que a gente vai ter a mesma mesmos reagentes e mesmo os produtos só que a barreira que de energia é menor quando

comparada à essa daqui tá então o principal é o objetivo de um catalisador é isso é diminuir a energia de ativação e além disso aumenta o número de colisões efetivas durante essa reação o que a gente pode dizer a mais que quando um catalisador ele adiciona um intermediário é leva à formação de um intermediário que a gente observa que a energia de ativação para ambas as etapas devem ser mais baixas do que a energia e motivação para a reação à catalisada que foi que a gente acabou de ver aquele naqueles dois gráficos então à medida

que o produto intermediário automaticamente esse intermediário vai ser consumido em pelo gráfico a gente vê que a energia de ativação tem que ser menor do que a reação sem intermediários e sem catalisador catalisador quando está no passado diferente dos reagentes e produtos então a gente fala que é uma catálise heterogênea então a definição a diferença de catarse homogêneo heterogênea basicamente é essa o catalisador numa catalisou o freteiro gênia está em um estado diferente da dos reagentes e produtos está então um exemplo típico é o catalisador sólido e que a gente produtos gasosas tá então isso

a gente observa na prática em conversores catalíticos em carros então a gente tem um com um catalisador sólido a gente vai ver daqui a pouquinho por onde os reagentes que são gasosos e os produtos formados gasóleos passam por esse reagendou por esses catalisadores não por isso a diferença é considerado como a catálise heterogênea então é e uma aplicação muito importante dos catalisadores heterogêneos é na indústria então se verifica há muitos casos de uso de catalisadores heterogêneos e produção de várias substâncias de interesse industrial então olha só aqui no conversor né que eu falei agora há

pouco então a gente tem aqui dentro do do motor um compressor de ar que é uma fonte secundária de de armas ea gente tem uma celebridade de escape aqui o coletor de gases de escape e aí aqui a gente tem nosso catalisador que a gente chama de conversores catalíticos então os nossos carros passam por aqui eles não reagem com o nosso catalisador com os conversores e aí saem os produtos menos tóxicos e essa é a idéia de um catalisador heterogéneo de uma catálise heterogênea gente tem os catalisadores na fase sólida e os reagentes na fase

gasosa tudo bem num outro né como é que o mecanismo de uma catálise heterogênea então acontece numa primeira etapa de sor são dos reagentes então por exemplo a ligação de moléculas de reagente na superfície do catalisador então imagina o catalisador sólido e os nossos gatos que são os agentes passando por ele então acontece a absorção os reagentes gasosas a desordem aqui na superfície do catalisador aí essas espécies absorvidas que são átomos ou íons elas são muito reativas então acontece a reação ali na superfície é elas são né e aí a gente chama nos sítios essas

espécies muito reativa interagem com sítios ativos do catalisador e aí a gente tem mais ou menos sistematicamente esse processo a gente tem o catalisador nesse caso sólido e aí a gente tem as espécies que estão passando por aqui e absorvendo na superfície e aí acontecem quebras de ligações então o hidrogênio aqui né que absorveu nas poses do catalisador ocorre a quebra das ligações de hidrogênio e aí esse hidrogênio migra para a superfície do metal tá e aí depois numa terceira etapas hidrogênio livre ele se lhe é né com o c2 h4 para formar se e

2h 5 que é o intermediário como eu falei pra vocês agora há pouco que um catalisador pode adicionar um intermediário nessa reação e aí sim aí no ma e se hidrogênio livre se liga ao intermediário para formar os e 2h 6 então aí essa produto é liberado da superfície do catalisador e a esses catalisador é reconstituído tudo bem então essa idéia por trás do da catálise heterogênea é então pensando na hidrogenação do etileno nec foi esse esquema que a gente viu agora há pouco no slide anterior é uma reação de hidrogenação que é muito muito

importante na indústria na então a gente tenho que o etileno interagindo com hidrogênio para formar c2 h6 tá e essa reação tem de a pagar de menos 136 que nos jogos por mons então olha só na ausência de catalisador essa reação é muito lenta então tem para fins industriais ainda mais não é interessante uma reação muito lenta então o que se faz na presença de um catalisador metálico por exemplo níquel platina o paládio essa reação ocorre muito rapidamente em temperatura ambiente então por isso a necessidade de introduzir um catalisador nessa reação então como a gente

viu na figura anterior é a gente tem aquela superfície metálica que é o nosso catalisador que pode ser mito a platina eo paládio e aí que as moléculas de etileno né elas e de hidrogênio as duas delas são absorvidas na superfície daquele catalisador metálico né e são absorvidas aonde no sítio ativos do catalisador e aí a ligação do hidrogênio é que ela é quebrada se quebre os átomos de hidrogênio migram para a superfície do metal então esse hidrogênio aqui ele se liga ali na superfície do metal e ele fica extremamente é reativo e aí quando

um átomo de hidrogênio colide com uma molécula de etileno então falou que uma ligação que sigma carbono-carbono ela se quebra do o chileno e uma ligação sigma carbono e hidrogênio se forma então esse é o mecanismo é o processo pelo qual ocorre a catálise nessa superfície do metal aí os e 2h seja formado né que é o produto de interesse e ei se solta da superfície do metal então é essa idéia por trás do uso de um catalisador heterogêneo tá quando tiverem hidrogênio são absorvidos em uma superfície que a gente deduz disso tudo né porque

a presença do metal ou do catalisador é importante porque vai ser necessário - é um valor menor uma quantidade menor de energia pra quebrar as ligações de energia de ativação também é reduzida então esse catalisador diminui na higiene e fará crea quebra das ligações assim como a energia de ativação relacionada a essa passagem de reagentes até chegar produtos então isso são alguns fundamentos bem básicos né é de mecanismos de capazes e canalizamos nitrogênio e ainda a próxima a gente vai falar de alguns exemplos aplicados relacionados à qatar [Música] ah não é a mesma [Música] 1

[Música] [Música] amar