Grado 12
  1. Estado sólido  1.1. Clasificación de sólidos  1.2. Celosía cristalina y celda unitaria  1.3. Eficiencia de Embalaje  1.4. Densidad de la celda unidad  1.5. Imperfecciones en sólidos (defectos puntuales y lineales)  1.6. Propiedades Eléctricas de los Sólidos (Conductores, Aislantes y Semiconductores)  1.7. Propiedades Magnéticas de los Sólidos (Materiales Diamagnéticos, Paramagnéticos y Ferromagnéticos)
  2. Solución  2.1. Tipos de Soluciones (Homogéneas y Heterogéneas)  2.2. Expresando la concentración de soluciones (masa %, volumen %, molaridad, molalidad, normalidad, fracción molar)  2.3. Solubilidad de sólidos y gases en líquidos (ley de Henry)  2.4. La ley de Raoult y las soluciones ideales y no ideales  2.5. Propiedades del síndrome  2.6. Masa molar anormal y factor de Van't Hoff
  3. Electroquímica  3.1. Celdas electroquímicas (celdas galvánicas y electrolíticas)  3.2. Célula galvánica y EMF de la célula  3.3. Pontencial de electrodo estándar y serie electroquímica  3.4. Ecuación de Nernst y sus aplicaciones  3.5. Conductividad y celdas electrolíticas (conductividad específica, molar y equivalente)  3.6. La ley de Kohlrausch y sus aplicaciones  3.7. Baterías (celdas primarias y secundarias)  3.8. Corrosión y su prevención
  4. Cinética química  4.1. Velocidad de reacción química  4.2. Factores que afectan la velocidad de reacción (concentración, temperatura, catalizador, área superficial)  4.3. Orden y molecularidad de la reacción  4.4. Ecuaciones de tasa integrada (orden cero, primero y segundo)  4.5. Vida media de una reacción  4.6. Teoría de colisiones y energía de activación  4.7. Ecuación de Arrhenius y sus aplicaciones
  5. Química de superficies  5.1. Adsorción y sus tipos (Fisisorción y Quimisorción)  5.2. Catalisis y sus tipos (homogénea y heterogénea)  5.3. Coloides y sus propiedades (efecto Tyndall, movimiento Browniano, coagulación)  5.4. Emulsiones y geles  5.5. Aplicaciones de los coloides
  6. Principios generales y procesos de separación de elementos  6.1. Presencia de metales y minerales  6.2. Concentración de minerales (separación por gravedad, flotación por espuma, separación magnética)  6.3. Extracción de metales en bruto (tostado, calcinación, reducción)  6.4. Principios termodinámicos y electroquímicos de la metalurgia  6.5. Refinación de Metales
  7. Elementos del bloque p  7.1. Elementos del grupo 15 (nitrógeno y fósforo)  7.2. Elementos del Grupo 16 (Oxígeno, Azufre y sus Compuestos)  7.3. Elementos del Grupo 17 (Halógenos y sus Compuestos)  7.4. Elementos del Grupo 18  7.5. Propiedades y Tendencias en Elementos del Bloque p  7.6. Compuestos importantes de los elementos del bloque p (amoníaco, fosfina, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico)  7.7. Compuestos interhalógenos y sus aplicaciones
  8. Elementos del bloque d y del bloque f  8.1. Propiedades Generales de los Metales de Transición  8.2. Propiedades de los metales de transición interna (lantanoides y actinoides)  8.3. Contracciones de los lantanoides y actinoides  8.4. Química de Coordinación de Elementos del Bloque d
  9. Compuestos de coordinación  9.1. La teoría de Werner y los conceptos modernos  9.2. Número de coordinación y tipo de ligando  9.3. Nomenclatura de Compuestos de Coordinación  9.4. Isomería (geométrica y óptica) en compuestos de coordinación  9.5. Enlace en compuestos de coordinación (Teoría del enlace de valencia y teoría del campo cristalino)  9.6. Estabilidad y aplicaciones de los compuestos de coordinación en medicina e industria
  10. Haloalcanos y haloarenos  10.1. Clasificación y nomenclatura de haloalcanos y haloarenos  10.2. Propiedades Físicas y Químicas de Haloalcanos y Haloarenos  10.3. Mecanismo de Reacciones de Sustitución Nucleofílica (SN1 y SN2)  10.4. Usos y efectos ambientales (agotamiento del ozono, CFCs)
  11. Alcohol, fenol y éter  11.1. Estructura y clasificación de alcoholes, fenoles y éteres  11.2. Preparación y propiedades de los alcoholes  11.3. Preparación y propiedades del fenol  11.4. Preparación y propiedades de los éteres  11.5. Reacciones y Usos Químicos
  12. Aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos  12.1. Estructura y nomenclatura de aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos  12.2. Preparación y propiedades de aldehídos y cetonas  12.3. Reacciones químicas en aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos (adición nucleofílica, oxidación y reducción)  12.4. Preparación y propiedades de los ácidos carboxílicos  12.5. Reacciones químicas y usos de los ácidos carboxílicos
  13. Compuestos orgánicos que contienen nitrógeno  13.1. Aminas (clasificación, estructura, basicidad)  13.2. Preparación y propiedades de las aminas  13.3. Reacciones de Aminas (Diazotización, Reacción de Carbylamina)  13.4. Sales de diazonio y sus aplicaciones en la industria de pinturas
  14.1. Carbohidratos (clasificación y propiedades)  14.2. Proteínas (Estructura y Función)  14.3. Enzimas (Mecanismo y Función)  14.4. Ácidos nucleicos (ADN y ARN)  14.5. Vitaminas y hormonas
  15. Polímero  15.1. Clasificación de polímeros (Adición, Condensación, Copolímeros)  15.2. Tipos de polimerización (radical libre, iónica, condensación)  15.3. Polímeros importantes y sus usos  15.4. Polímeros biodegradables y no biodegradables
  16. La química en la vida cotidiana  16.1. Medicamentos y su clasificación (analgésicos, antipiréticos, antibióticos, antiácidos)  16.2. Químicos en alimentos y cosméticos (conservantes, edulcorantes artificiales, antioxidantes)  16.3. Agentes de limpieza y detergentes (jabones, detergentes sintéticos, surfactantes)  16.4. Química Ambiental (Contaminación, Química Verde, Química Sostenible)

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Catalisis y sus tipos (homogénea y heterogénea)


En el campo de la química, particularmente en la química de superficies, la catálisis desempeña un papel importante. Involucra la aceleración de reacciones químicas por sustancias conocidas como catalizadores. Los catalizadores proporcionan una vía alternativa para que una reacción ocurra con una energía de activación más baja, acelerando así el proceso. La catálisis es fundamental en muchos procesos industriales, y su estudio es esencial en entornos que van desde laboratorios químicos hasta plantas industriales a gran escala.

¿Qué es un catalizador?

Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química, sin causar ningún cambio químico permanente. Por lo tanto, aunque acelera la reacción, permanece sin cambios al final de la reacción. Por ejemplo, en la descomposición del peróxido de hidrógeno, el dióxido de manganeso (MnO 2) actúa como un catalizador:

2 H2O2(ac) → 2 H2O(l) + O2(g)

Aquí, MnO2 puede utilizarse una y otra vez sin consumirse en la reacción.

Existen principalmente dos tipos de catálisis: homogénea y heterogénea. Aprendamos sobre estos dos tipos en detalle.

Catalisis homogénea

En la catálisis homogénea, el catalizador está en la misma fase que los reactivos. Esto significa que si los reactivos están en fase líquida, el catalizador también estará en fase líquida. De manera similar, si los reactivos están en fase gaseosa, el catalizador también estará en fase gaseosa. La catálisis homogénea es común en una variedad de reacciones orgánicas que son importantes tanto en la investigación como en aplicaciones industriales.

Ejemplos de catálisis homogénea

  • El trióxido de azufre (SO 3) se forma por la reacción del dióxido de azufre (SO 2 2) con oxígeno (O 2), utilizando dióxido de nitrógeno (NO 2) como catalizador en fase gaseosa:
2 SO2(g) + O2(g) → 2 SO3(g)
  • Reacción de esterificación en la que se forman ésteres por la reacción de un ácido y un alcohol. El ácido sulfúrico (H2SO4) actúa como un catalizador líquido.
CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O

Mecanismo de la catálisis homogénea

En la catálisis homogénea, el catalizador forma un compuesto intermedio con un reactivo. Este intermedio entonces reacciona con el otro reactivo para formar el producto final, y el catalizador se regenera. Un mecanismo simplificado podría proceder de la siguiente manera:

  • El catalizador (C) y el reactivo (R) se combinan para formar un intermedio ([CR]).
  • Este intermedio entonces reacciona con otro reactivo (A) para dar el producto (P) y regenerar el catalizador (C).
C + R → [CR] [CR] + A → P + C

Es importante recordar que los catalizadores homogéneos aumentan las velocidades tanto de las reacciones directas como inversas sin cambiar la posición del equilibrio.

Catalisis heterogénea

En la catálisis heterogénea, el catalizador está en un estado diferente al de los reactivos. Más comúnmente, el catalizador es sólido mientras que los reactivos están en forma gaseosa o líquida. La catálisis heterogénea generalmente ocurre en superficies sólidas, y se utiliza ampliamente en una variedad de aplicaciones industriales.

Ejemplos de catálisis heterogénea

  • Un ejemplo destacado es el proceso de Haber para la síntesis de amoníaco (NH 3), donde el hierro (Fe) actúa como un catalizador sólido para los gases nitrógeno (N 2) e hidrógeno (H 2):
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
  • Otro ejemplo es el uso de platino (Pt) como catalizador en convertidores catalíticos para automóviles para convertir monóxido de carbono (CO) y óxidos de nitrógeno (NO x) en gases menos dañinos.
2 CO(g) + 2 NO(g) → 2 CO2(g) + N2(g)

Mecanismo de la catálisis heterogénea

En las reacciones heterogéneas, el mecanismo a menudo implica la adsorción de los reactivos en la superficie de un catalizador sólido. Los pasos se pueden resumir de la siguiente manera:

  • Adsorción: Las moléculas de reactivo se acercan a la superficie del catalizador y se adsorben en ella.
  • Reacción: Las moléculas adsorbidas reaccionan en la superficie para formar productos.
  • Desorción: Las moléculas de producto se desorben de la superficie, dejándola libre para absorber más moléculas de reactivo.

Los detalles de estos pasos son los siguientes:

Reactivo (Gas) → Adsorción (Superficie) → Reacción (Superficie) → Desorción → Producto (Gas)

Este proceso permite que la reacción progrese a una tasa más rápida, ya que la superficie del catalizador ayuda a romper y formar enlaces.

Comparación entre catálisis homogénea y heterogénea

Ambos tipos de catálisis tienen sus ventajas y limitaciones. Aquí, echamos un vistazo a algunos aspectos clave:

Aspecto Catálisis homogénea Catálisis heterogénea
Fase Misma fase de reactivos, generalmente líquida Una fase diferente a la de los reactivos, generalmente sólida
Separación Es más difícil separar el catalizador del producto Fácil de separar el catalizador del producto
Área superficial No afiliado Muy importante para la efectividad
Regeneración La regeneración del catalizador es más compleja Regeneración del catalizador relativamente simple
Temperatura y presión Generalmente opera bajo condiciones moderadas A menudo opera a altas temperaturas y presiones

Importancia de la catálisis

Los catalizadores son de gran importancia en la industria química y en aplicaciones ambientales. Son vitales en la producción de muchos de los materiales que usamos a diario, incluidos combustibles, plásticos, productos farmacéuticos y fertilizantes. Al aumentar la tasa de reacción y reducir la necesidad de aporte energético, los catalizadores contribuyen significativamente a la sostenibilidad de los procesos químicos.

En la gestión ambiental, los catalizadores ayudan a reducir la contaminación al permitir cambios químicos limpios. Por ejemplo, los convertidores catalíticos en vehículos ayudan a reducir emisiones nocivas, desempeñando un papel importante en la lucha contra la contaminación del aire.

Conclusión

Entender la catálisis y su clasificación en tipos homogéneos y heterogéneos es fundamental para comprender cómo se pueden controlar y optimizar las reacciones químicas. Ambos tipos de catálisis desempeñan un papel vital en una variedad de procesos científicos e industriales, promoviendo innovaciones y aumentando la eficiencia en muchos campos.


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Catalisis y sus tipos (homogénea y heterogénea)

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