¿Por qué un catalizador podría no permanecer en el mismo estado físico al final de la reacción?

A veces, un catalizador puede cambiar físicamente por el calor liberado durante una reacción, uno de mis favoritos es calentar una pequeña cantidad de alambre de cobre u hoja y luego colocarlo en una mezcla de aire y acetona. El cobre se calienta mucho (se ilumina de color naranja brillante) y, a menudo, se vuelve más opaco.

Si utilizamos la combustión sin llama de acetona en las superficies de cobre, entonces debe considerar la cuestión de si el cobre estaba en un ambiente pobre o rico cuando se enfrió y dejó de reaccionar.

Si se enfría en un ambiente pobre, tiende a tener una capa de óxidos de cobre, mientras que si se enfría en un ambiente rico, entonces tiene muy poco óxido de cobre en la superficie. Un mecanismo de oxidación para un catalizador es que reaccione con el oxígeno del aire para formar un óxido que luego reacciona con el combustible. Esto crea un ciclo, es posible detener el proceso cíclico en algunos casos en más de un punto. Esto puede dar la impresión de que la reacción ha cambiado el catalizador.

Yo diría que un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción al participar en la reacción. La reacción debe regenerarse y reformar esta sustancia para que sea un catalizador.

Un buen ejemplo de esto sería la función del ácido (protones solvatados) en la síntesis de un éster a partir de un alcohol y un ácido carboxílico. El protón reacciona con el ácido carboxílico, pero las etapas posteriores de la reacción forman un nuevo protón.

También tenga en cuenta que cuando se agrega un “catalizador” a una reacción, a menudo se agrega un precursor del catalizador, por ejemplo, se puede agregar Co2 (CO) 8 a un proceso de hidroformilación. Lo que sucederá es que este carbonato de cobalto se convertirá en HCo (CO) 4, que luego pierde un ligando de monóxido de carbono para formar HCo (CO) 3, que es el verdadero catalizador para la reacción de hidrógeno, monóxido de carbono y alquenos.

Técnicamente, la definición (tradicional) de un catalizador es alguna sustancia, químico, molécula, etc. que aumenta la velocidad de una reacción (cinéticamente) sin sufrir ninguna modificación química permanente.

Sin embargo, es completamente posible tener un catalizador que catalice una reacción (aumenta su cinética) y se agota o cambia.

Entonces, en general, un catalizador es simplemente algo que modula la cinética general del sistema de reacción.

Como ejemplo, considere el sistema Undefriend, una mezcla de algunos químicos que produce radicales de oxígeno in situ. Se agrega vitamina C (ascorbato) a la mezcla para mantener la reacción hacia adelante y también para aumentar la velocidad a la que produce dichos radicales. En el proceso, la vitamina C se agota. Pero, definitivamente consideraría la vitamina un catalizador en este caso.

Porque todo lo que el catalizador tiene que hacer es acelerar la reacción sin reaccionar a sí mismo. Al cambiar el estado físico es solo un cambio físico en las partículas, no una reacción química que afecta a toda la reacción. El único defecto grave en esto es que podría consumir energía y, por lo tanto, si está midiendo eso como una variable, sus resultados pueden estar un poco apagados.

La noción misma de “catalizador” está un poco borrosa … de todos modos, el catalizador debe DE ALGUNA FORMA interactuar con el (los) reactivo (s), de lo contrario, ¿cómo podría ejercer su acción?

Entonces, si pones, por ejemplo, un catalizador sólido en una solución, tiene que disolverse, o al menos dispersarse, en la fase líquida.

Digámoslo de una vez por todas: NO ES VERDAD QUE EL CATALIZADOR NO “REACCIONE”.

A lo sumo, puede decir que se encuentra nuevamente al final de la reacción, que no se “consume”, pero puede encontrarlo en una condición diferente que al principio, incluso (¡estremecimiento!) En una forma QUÍMICA diferente.

Supongamos que coloca algo de SbCl5 en un recipiente de reacción con un cloruro alifático R-Cl y HF para catalizar la reacción de halex (intercambio de halógeno) R-Cl + HF> RF + HCl.

Al final de la reacción, el antimonio seguirá existiendo, pero los compuestos de Sb serán una mezcla de cloruros y fluoruros, porque la reacción no es entre R-Cl y HF, sino entre R-Cl y SbClxF (5-x), a su vez generado por HF y SbCl5, por ejemplo:

SbCl5 + HF> SbCl4F

R-Cl + SbCl4F> RF + SbCl5

El papel de HF es restaurar el fluoruro perdido: SbCl5 + HF> SbCl4F + HCl

De hecho, otras reacciones de fluoración pueden realizarse con HF y una cantidad catalítica de PbO2, o con una cantidad estequiométrica de PbF4. Es fácil inferir que el agente de fluoración real es PbF4, ya sea agregado a la mezcla de reacción generada in situ por HF y PbO2.

Entonces ves que un catalizador puede terminar siendo diferente al final de una reacción.

Hay una mezcla explosiva que puedes crear con algo de esfuerzo, que incluye partículas de sodio metálico. Explota cuando lo toca una gota de agua. Creo que el agua se consideraría un catalizador. Sería líquido antes de la reacción y gas después de la reacción.

Esto debido al cambio en las condiciones experimentales en términos de temperatura y presión durante el curso de la reacción, lo que puede alterar el estado físico del catalizador.