O que é um catalisador? Quais os tipos de catálise? Diferencie-as. Como agem os catalisadores? Esquematize.
Passo 1
O enunciado pergunta o que é um catalisador, quais são os tipos de catálise, como diferenciá-los e como eles atuam, pedindo também um esquema. O conteúdo necessário é cinética química e mecanismos catalíticos; vamos começar definindo catalisador e em seguida apresentar tipos, diferenças, mecanismo de ação e esquema do ciclo catalítico.
Passo 2
Um catalisador é uma substância que aumenta a velocidade de uma reação química sem se consumir nela. Ele atua oferecendo um caminho de reação alternativo com menor energia de ativação, e ao final do processo retorna quimicamente intacto, pronto para participar de novos ciclos.
Passo 3
Existem três tipos principais de catálise:
- catálise homogênea, em que o catalisador está na mesma fase (gás ou solução) dos reagentes;
- catálise heterogênea, em que o catalisador está em fase diferente (geralmente um sólido) e a reação ocorre na interface;
- catálise enzimática (ou biocatalise), em que a “molécula” catalítica é uma proteína (enzima) que reconhece especificamente os reagentes.
Passo 4
As diferenças entre elas são:
- na catálise homogênea a interação com reagentes é molecular, favorecendo seletividade, mas às vezes dificultando a separação catalisador-produto;
- na catálise heterogênea há superfície sólida onde reagentes adsorvem, reagem e desenxergam, facilitando o isolamento do catalisador, mas podendo limitar a seletividade;
- na catálise enzimática ocorre reconhecimento específico por sítio ativo, garantindo altíssima seletividade e ação em condições brandas (pH, temperatura), mas requerendo controle fino do ambiente.
Passo 5
O mecanismo de ação geral de um catalisador envolve:
- formação de um complexo catalisador-reagente de energia mais baixa;
- conversão desse complexo em produto ainda ligado ao catalisador;
- liberação do produto, regenerando o catalisador.
Isso se reflete num diagrama de energia de ativação onde a barreira para o caminho catalisado é menor que a da reação não-catalisada.
Passo 6
Uma forma esquemática do ciclo catalítico é:
onde “Cat” é o catalisador, “[A–B–Cat]” o complexo intermediário, e “P” os produtos finais, com o catalisador sendo regenerado.
Resposta
- Catalisador: substância que acelera uma reação diminuindo a energia de ativação e não se consome.
- Tipos de catálise:
- homogênea (mesma fase de reagentes);
- heterogênea (fase diferente, geralmente sólido);
- enzimática (proteínas com alta especificidade).
- Diferenças: fase de atuação; interação molecular versus adsorção; facilidade de separação; seletividade.
- Mecanismo de ação: formação de complexo reagente–catalisador, conversão em produto ligado e liberação de produto com regeneração do catalisador.
- Esquema do ciclo catalítico: