CATÁLISE HETEROGÉNEA E REACTORES QUÍMICOS

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CATÁLISE HETEROGÉNEA E REACTORES
QUÍMICOS
Carlos Henriques
IST, Março 2005
1 - INTRODUÇÃO
“Catalisador é toda a substância que acelera a velocidade de uma
reacção química, sem nela se consumir”
Esta definição envolve o conceito de que a reacção catalítica
envolve um processo cíclico, no qual o catalisador (mais
exactamente, um sítio ou centro activo) forma um complexo com
o(s) reagente(s), a partir do qual os produtos se formam,
restaurando o sítio original. O catalisador apresenta-se, pois,
idêntico antes e após a reacção.
Na realidade um catalisador pode sofrer profundas alterações quer
na sua estrutura quer na sua composição, no decorrer do processo
catalítico e como consequência da sua participação nele.
Para aumentar a velocidade de uma reacção essencialmente podese: aumentar a temperatura (lei de Arrhenius); aumentar as
concentrações ou pressões parciais (lei de acção de massas);
utilizar um catalisador (solução energeticamente mais favorável):
 Um catalisador não modifica o equilíbrio químico de uma
reacção, determinado pela termodinâmica. O seu papel é o de
aumentar a velocidade de aproximação ao equilíbrio.
Se um catalisador acelera a velocidade de uma reacção, ele
acelerará necessariamente a velocidade da reacção inversa
(hidrogenação/desidrogenação; hidratação/desidratação...)
1
 Actividade catalítica: corresponde à velocidade a que a reacção
catalisada ocorre
 Conversão de um reagente: corresponde ao número de moles
de reagente de referência que se transforma, relativamente ao
número total de moles inicial de reagente
 Selectividade de um catalisador em relação a um produto:
corresponde ao número de moles de reagente de referência
que se transforma no produto considerado, relativamente ao
número total de moles de reagente transformado.
É normalmente função da conversão e das condições operatórias
(temperatura, pressão..)
 Rendimento de um catalisador em relação a um dado produto:
corresponde ao número de moles de reagente que se
transforma num dado produto, relativamente ao número total
de moles inicial de reagente.
 Sítios ou Centros activos. Sob condições reaccionais, todos
os catalisadores sólidos se apresentam não-uniformes ou
heterogéneos, no sentido em que as suas propriedades
químicas e físicas variam com a posição da superfície do
sólido.
Este facto levou ao desenvolvimento do conceito de que a
reacção tem lugar em sítios discretos da superfície do
catalisador sólido - SÍTIOS OU CENTROS ACTIVOS
 "Turnover" - corresponde ao número de moles de reagente que
se transformam por sítio activo e por unidade de tempo
2
(pretende constituir uma medida da "verdadeira" actividade
catalítica)
 Funcionalidade – A existência de sítios ou centros activos
diferenciados, intimamente ligados, pode permitir a catálise de
reacções complexas em que, por exemplo, duas etapas
consecutivas sejam catalisadas por dois tipos diferentes de
centros activos que, sozinhos, não teriam essa capacidade (ex:
Pt/zeólito:
isomerização
de
parafinas).
Chamam-se
catalisadores bifuncionais quando apresentam dois conjuntos
diferentes de centros activos.
 Desactivação
de
catalisadores
–
corresponde
a
uma
diminuição da actividade e/ou alteração da selectividade de um
catalisador:
1. envenenamento – bases em catalisadores ácidos; enxofre
em catalisadores metálicos (veneno – espécie que se liga
reversível ou irreversivelmente ao catalisador, diminuindo a
sua actividade e modificando a sua selectividade);
2. modificações estrurais, texturais e/ou de composição
química;
3. redução de área activa, devido a sinterização ou outra
4. deposição de “coque” (bloqueamento de poros e/ou ligação
a centros activos)
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