A importância da catálise para a indústria deve-se ao fato do grande número de aplicações na indústria química. As reações que ocorrem nesse âmbito são, em geral, heterogêneas e homogêneas. Na catálise homogênea o catalisador se encontra na solução entre os reagentes, como exemplo tem-se a destruição da camada de ozônio, que geralmente são destruídos por freons geralmente o CF2Cl2. No processo catalítico heterogêneo envolve mais de uma fase, normalmente o catalisador é sólido e os reagentes e produtos estão na forma líquida ou gasosa.

1. Catalisadores

Um catalisador muda a energia de ativação de uma reação, Ea, por promover um caminho alternativo para ela.A velocidade e a constante de velocidade k de uma reação se relacionam à Ea pela equação de Arrhenius:

k = A exp (- Ea / R T)

Onde A é a constante relacionada à velocidade das colisões. Portanto, uma mudança em Ea

altera a velocidade de uma reação.

2. Propriedade dos Catalisadores

Uma reação catalítica ocorre na interface fluido-sólido, uma grande área interfacial pode ser útil ou mesmo essencial na obtenção de uma velocidade de reação significativa. Em muitos catalisadores, essa área é fornecida por uma estrutura porosa; o sólido contém muitos poros de pequeno diâmetro e a superfície desses poros fornece a área necessária à alta velocidade de reação. A área de alguns materiais porosos é surpreendentemente grande.

3. Sítio Catalítico

Também denominado de sítio ativo, ele é muito importante na catálise heterogênea. Quando uma reação se dá, estando os reagentes em fase líquida ou gasosa e o catalisador em fase sólida, geralmente não é toda a superfície do sólido que tem ação efetiva sobre a reação química: a reação se desenvolve sobre pontos ou regiões específicas da superfície do sólido, que são ativos (a velocidade da reação, em casos ideais, é diretamente proporcional ao número de sítios.

4. Tipos de Catalisadores

Com os recentes avanços na área da catálise heterogênea e com a necessidade de processos cada vez mais limpos e de alto rendimento na obtenção de produtos, a complexidade química e física dos catalisadores é cada vez maior. A catálise é essencialmente um fenômeno químico e a capacidade de uma substância atuar como um catalisador depende da sua natureza química. Na tabela 1 encontram-se os vários tipos de catalisadores heterogêneos existentes, classificados conforme a sua natureza química.

Tabela 1 - Exemplos de catalisadores heterogêneos e suas funções catalíticas.

Classe

Função

Exemplos

Metais

Hidrogenação

Fe, Ni, Pd, Pt, Ag

Óxidos e sulfuretos semicondutores

Oxidação

NiO, ZnO, MnO2, Cr2O3,

Óxidos isoladores

Desidratação

Al2O3, SiO2, MgO

Ácidos

Polimerização

H3PO4, H2SO4, SiO2-Al2O3, zeólitos

Células imobilizadas / enzimas

Hidrólise

arthrobacter, mortierella vinacea, glucose

A tabela 1 mostra que os metais de transição são catalisadores especialmente adequados para reações envolvendo hidrogênio e hidrocarbonetos. Tal deve-se ao fato deste tipo de substâncias adsorverem facilmente em superfícies metálicas. Para a catálise de reações de oxidação é necessário o uso de metais nobres como a platina, paládio e prata, pois o metal terá que ser resistente à oxidação à temperatura de reação e apenas estes possuem tal resistência. Muitos óxidos são também excelentes catalisadores para reações de oxidação. Para reações de dessulfuração é necessário o uso de sulfuretos metálicos.

Óxidos como a alumina, sílica e o óxido de magnésio, são catalisadores muito fracos para reações de oxidação devido à sua fraca interação com o oxigênio, mas a facilidade com que adsorvem água leva a que sejam usados em reações de desidratação. Os ácidos são ótimos catalisadores para reações de cracking devido à facilidade com que quebram ligações C-C e C-H. Usa-se outro tipo de catalisadores que se baseiam no uso de enzimas e células imobilizadas em substratos de carbono, por exemplo, para a isomerização da glicose a frutose.

5. Aplicação de Catalisadores na Indústria Química

A aplicação de catalisadores em processos industriais, aplicados em diversas indústrias químicas é utilizada de relevância nacional e internacional, como por exemplo:

  • A Petroquímica (Indústria que tem como base a obtenção, a partir do petróleo ou do gás natural, de compostos que se destinam à produção de inúmeros artigos como sejam os plásticos e as resinas, as fibras e as borrachas, solventes e colas;
  • A Indústria Farmacêutica (ativa na pesquisa, desenvolvimento, comercialização e distribuição de fármacos;
  • A Indústria da Química Fina (O complexo industrial da química fina cobre uma extensa variedade de produtos químicos que se encontram no mercado;
  • A Indústria Biotec (A Biotecnologia é baseada na busca e descoberta de recursos biológicos industrialmente exploráveis. Como por exemplo, enzimas, (que se definem como substâncias orgânicas, produzidas pelas células vivas, que atua como catalisadores em certas transformações químicas) aplicadas na catálise enzimática que é sem duvida um dos processos mais espantosos, utilizados, por exemplo, na fermentação do vinho;
  • A produção de amoníaco. Substância bastante valiosa, utilizada na indústria de fertilizantes, no fabrico de explosivos e em muitas outras aplicações;
  • A produção de Ácido Nítrico. Um dos mais importantes ácidos, que é utilizado na produção de fertilizantes, corantes, medicamentos e explosivos. Este é produzido industrialmente pela ação de um catalisador a base de platina, que se liga a moléculas de hidrogênio, para formar o ácido nítrico.
  • Produção de polímeros, que se encontram essencialmente na forma de fibras têxteis e borracha. Constituem um dos grandes domínios de aplicação da química orgânica e ocupam um lugar de destaque na nossa vida quotidiana. Como exemplos temos inúmeros objetos e materiais (da caneta esferográfica à carroçaria de um automóvel), tintas e revestimentos diversos, pneus, tecidos entre outros

Referências

  • http://educar.sc.usp.br/quimapoio/catalise.html; Acessado em 20 de outubro de 2009 às 23:40.
  • Fogler, H. Scott. Elementos da Engenharia das reações químicas – Rio de Janeiro: LTC, 2008.
  • Levenspiel, Octave. Engenharia das reações químicas – São Paulo: Edgard Blücher, 1974.
  • Marques, Luisa. Segredos do mundo da química: catálise – Universidade de Évora.
  • A. V. de Carvalho, M. C. Asensio, D. P. Woodruff, Surf. Sci. 273 (1992) 381.
  • P. Uvdal, M. K. Weldon, C. M. Friend, Phys. Rev. B 50 (1994) 12258.
  • H. Yang, J. L. Whitten, C. M. Friend, Surf. Sci. 313 (1994) 295.