aula_1 catalise heterogenea

7/23/2019 Aula_1 Catalise Heterogenea

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UNIVERSIDADE FEDERAL DESO PAULO

SETOR DE ENGENHARIAQUMICA

Introduo Catlise Heterognea

Prof. Dr. Eliezer Ladeia Gomes

2 Semestre de 2013

AULA 1


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CATLISE

o fenmeno em que uma quantidaderelativamente pequena de um material estranho estequiometria o catalisador aumenta avelocidade de uma reao qumica sem ser

consumido no processo (IUPAC, 1976).

Um catalisador acelera uma reao fornecendoum caminho alternativo um mecanismo de

reao diferente entre reagentes e produtos.Esse novo caminho tem energia de ativao maisbaixa do que o caminho original.


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CATLISE

Este mecanismo de reao alternativo maiseficiente para a converso de reagentes eprodutos.

Esse novo caminho tem energia de ativao maisbaixa do que o caminho original; mesmatemperatura, uma frao maior de molculasreagentes podem cruzar a barreira de energia

(que mais baixa) e se transformar em produtos.


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Um catalisador aumenta a velocidade de umareao por diminuir a sua energia de ativao.

Embora a reao ocorra mais rapidamente, ocatalisador no afeta a composio de equilbrio.

Ambas as reaes, direta e indireta, soaceleradas no caminho catalisado, o que deixa a

constante de equilbrio inalterada.

uncatalyzed catalyzed

Velocidadereaocatalisada> Velocidadereaonocatalisada


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CATLISE, TERMODINMICAECINTICAQUMICA

O que o catalisador NO faz ?

O catalisador no viabiliza reaes

termodinamicamente desfavorecidas.

O catalisador no altera o equilbrioda reao. Portanto no obteremos

converso a produtos maior do que oque foi previsto pela termodinmica !!


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CATALISADORES

Assim, os catalisadores proporcionam umcaminho alternativo , termodinamicamente

compatvel para a reao, que envolve menorenergia, diminuindo assim a Energia deAtivao, tornando-a mais rpida.

O catalisador deve sempre permanecer inalteradoaps o processo de reao. Pode ser consumido em

uma etapa e regenerar-se na etapa seguinte.


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CARACTERSTICASDOSCATALISADORES

Somente aumentam a velocidade;

No so consumidos;

No iniciam reaes, mas interferem nas que jocorrem sem a sua presena;

Podem ser utilizados em pequenas quantias,

visto que no so consumidos;

Seus efeitos podem ser diminudos pela presenade venenos.


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CATLISE CatliseHETEROGNEA: ocatalisador est em fase

diferente da dosreagentes. Geralmente,so slidos finamentedivididos ou porosos,usados em reaes emfase lquida ou gasosa. Oscatalisadoresheterogneos sosuperfcies com stios

ativos que transformamas molculas em espciesmais reativas.


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CATLISE

CatliseHOMOGNEA:o catalisador e osreagentes esto na mesma

fase.


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CATLISEHETEROGNEA Exemplo: Processo Haber (produz NH3)

(Haber recebeu o Prmio Nobel em 1919).

Um dos mais importantes processos industriais matria-primapara indstria de fertilizantes (nitratos) dezenas de milhes detoneladas so produzidas anualmente (alimentao e explosivos).

Haber: Nobel pela inveno do processo cataltico;

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

Fe/Al2O3/K2O

catalisador

A sntese de Haber da amnia


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CONVERSORESCATALTICOS

CO + Hidrocarbonetos que no sofreram combusto + O2 CO

2+ H

2O

Conversor

cataltico

2NO + 2NO2 2N2+ 3O2Conversor

cataltico

Compressor de ar: fonte de ar

secundrio

Recolhimento de gases

de escape

Tubo de escape

Conversores

Catalticos

Extremidade do

tubo de escape


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CATLISEHOMOGNEA Exemplo: decomposio da H2O2

catalisador: Br

(NaBr)


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CATALISADORHOMOGNEO


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As enzimas so catalisadores biolgicos. As enzimas atuam apenas sobre molculas especficas,

chamadas substratos (ou seja, reagentes), deixandoinalterado o resto do sistema.

Uma enzima tipicamente uma protena de dimenses elevadasque contm um ou mais centros ativos. nesses centros queocorrem as interaes com as molculas de substrato. Estes centrosativos tm estruturas compatveis apenas com certas molculascom uma relao topolgica semelhante que existe entre umachave e a respectiva fechadura.

E + S ESES P + E

CATLISEENZIMTICA

k


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EFEITO DE UM CATALISADOR ENZIMTICO NUMAREAO QUMICA

Reao no catalisada Reao catalisada por umaenzima

A reao catalisada ocorre num mecanismo em duas etapas. A segunda etapa

(ESE + P) a etapa que controla a velocidade da reao.


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Energiade ativao

Transcurso da reao

Complexoativado

Reagentes

H0

Reao exotrmica Reao endotrmica

Produtos

Productos

E.A

Os catalisadores diminuem a energia de ativao de uma determinada reao, eportanto aumentam a velocidade de reao.

Reao no catalisadaReao catalisada


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Energiade ativao

Transcurso da reao

Complexoativado

Reagentes

H0

Reao exotrmica Reao endotrmica

Produtos

Produtos

E.A

E.A

Os catalisadores

negativos aumentana energia de ativao

Os catalisadorespositivos diminuena energia de ativao

E.A sem catalisadorE.A com catalisador negativoE.A com catalisador positivo


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INIBIDORES

Catalisadores negativos, so substncias que,

adicionadas a uma mistura reagente, diminuem a

velocidade da reao.

Veneno de catalisador ou inibidor umasubstncia que diminui e at destri a ao do

catalisador, sem tomar parte na reao. Os

inibidores podem agir de vrias maneiras.


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CATALISADORSLIDO

Classificao

Metlicos ( Ni, Pd, Pt, Ag, Cu, ... ) emprego: hidrogenaes e oxidaes, etc.

Suportados ( metais sobre suporte inerte ou ativo ) emprego: hidrogenaes e oxidaes; reaes que necessitam

de tipos diferentes de stios.

Peneiras Moleculares ( Zelitas ) emprego: reaes para-diretoras; craqueamento, reforma,

isomerizao cataltica, etc. xidos (slica-alumina, alumina, CuO, [CuAlZnO] )

emprego: craqueamento, desidratao, condensao,

esterificao, desoxigenao, etc.

oCarter dos Stios Ativoscido, Bsico, Bifuncional


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REAOQUMICASOBRECATALISADORESSLIDOS

Meio ReacionalHomogneo Camada limite

Poros

Di

De

Stio Ativo

Dc

Dc

Reagentes

Produtos

A + B

C + D

Cintica da

reao

sobre a

superfcieslida

Microgro deCatalisador


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FORMASDEUSODOCATALISADOR

Em p ( partculas da ordem de mcrons ).

Em pelletscilndricosesfricoscapsulados

Suportados em redes, malhas

Envolve estudo decompactao,moldagem e extruso


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EXEMPLO

A 25C, a converso enzimtica de um substratotem a constate de Michaelis igual a 0,042 molL-1.

A velocidade da reao de 2,45x10-4molL-1s-1quando a concentrao do substrato de 0,890

molL-1. Qual o Maximo de velocidade nessaenzimlise?

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