Depende de la reacción y el mecanismo de reacción. Sin embargo, en general, un catalizador rompe enlaces y permite que se formen nuevos enlaces. En la catálisis elemental, se reduce a la afinidad del elemento hacia los elementos en los reactivos. Si la afinidad es demasiado baja, los elementos no interactúan y no sucede nada. Si la afinidad es demasiado alta, los reactivos terminarán reaccionando con su catalizador y formarán compuestos estables. Si la afinidad es lo suficientemente alta, su elemento catalítico dividirá los reactivos en intermedios activos, es decir, los activará, que luego pueden proceder a reaccionar entre sí para formar sus productos.
Ejemplo: las reacciones de gas de síntesis (CO + H2) en hidrocarburos o alcoholes
En esta reacción, tener un metal con afinidad por el hidrógeno (como catalizador principal o cocatalizador) a menudo ayuda, pero la parte más importante es la afinidad del elemento hacia el carbono y el oxígeno. Si la afinidad de tu catalizador por el carbono es demasiado alta, terminarás formando carburos. Si la afinidad por el oxígeno es demasiado alta, terminarás formando óxidos. Si no hay afinidad por ninguno de los dos, no pasa nada. Suponiendo que la afinidad de su catalizador esté dentro del rango activo, la proporción de las afinidades decidirá la distribución de su producto. Por ejemplo, el níquel tiene una afinidad lo suficientemente alta como para que ambos disocien la molécula de CO en radicales de superficie C * y O *, que luego reaccionan con las especies de superficie H * (también tiene una afinidad bastante alta por el hidrógeno) produciendo hidrocarburos y agua. El tipo de hidrocarburo depende de la proporción de especies de C * y H * en la superficie, que depende de la proporción de H2: CO en su alimentación y la afinidad de su catalizador por el hidrógeno. El níquel también tiene una alta afinidad por el hidrógeno, por lo que tiende al metano. Ahora los metales nobles como el platino tienen una afinidad bastante baja por el oxígeno (y una alta afinidad por el hidrógeno), lo que conduce a la unión de CO en la superficie del metal como solo CO *, que luego reacciona con el H * y forma metanol. Curiosamente, el rodio tiene una afinidad por el C y el O, de modo que parte del CO se disocia y otros no, lo que lleva a una superficie con CO *, C *, O * y H *, lo que nos da una mezcla de metanol, metano y agua. y etanol (es el único catalizador elemental capaz de síntesis de etanol).
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¿Qué determina las afinidades entonces? La estructura electrónica del catalizador: bandas de valencia, etc. Esto también explica por qué algunos elementos son catalizadores activos como iones o compuestos: todos los enlaces, etc., afectan la estructura electrónica de la carcasa de los elementos, lo que afecta su posible actividad. Si sabe lo que está haciendo (y tiene un sistema de reacción realmente simple en mente), es posible modelar teóricamente qué elementos, compuestos o aleaciones podrían funcionar mejor con su reacción y orientar su investigación hacia ellos. Esto se hace en la investigación de catálisis cuando se buscan catalizadores más óptimos. Por ejemplo, el carburo de tungsteno exhibe un comportamiento catalítico que se asemeja a los metales nobles en muchas reacciones, algo que ni el carbono ni el tungsteno muestran por sí mismos. Lástima que sea pirofórico, es decir, se quema espontáneamente en el aire, lo que limita su practicidad en el uso industrial.
