Catalizador
Un catalizador es una sustancia que acelera una reacción química sin consumirse, al proporcionar un camino más fácil con una energía de activación más baja.
Definition
Un catalizador es una sustancia que acelera una reacción química sin consumirse, así que sale sin cambios al final y se puede reutilizar. Funciona bajando la energía de activación, la barrera de energía que los reactivos deben cruzar, proporcionando un mecanismo de reacción alternativo que aumenta la constante de velocidad según la ecuación de Arrhenius, $k = Ae^{-E_a/RT}$, sin alterar la constante de equilibrio ni $\Delta G$. Los catalizadores homogéneos comparten fase con los reactivos, mientras que los catalizadores heterogéneos, típicamente superficies sólidas, adsorben a los reactivos, debilitan sus enlaces, y luego liberan los productos; las enzimas son catalizadores biológicos que logran enormes aumentos de velocidad al unirse al estado de transición de una reacción con más firmeza que al propio sustrato.
Example
Dejar caer un pedazo de papa cruda en peróxido de hidrógeno hace que haga efervescencia rápidamente porque una enzima en la papa cataliza su lenta descomposición en agua y oxígeno. El dióxido de manganeso cataliza la misma reacción, $2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$, convirtiendo un proceso que toma días en uno que termina en segundos, y el $MnO_2$ se puede filtrar y reutilizar después. La catalasa realiza este trabajo en las células a aproximadamente $10^7$ moléculas por segundo por enzima, aproximadamente $10^8$ veces más rápido que la reacción sin catalizar, mientras que un convertidor catalítico usa superficies de platino, paladio y rodio para oxidar el $CO$ a $CO_2$ y reducir los $NO_x$ a $N_2$ en una fracción de segundo.
Key Insight
Un catalizador es como una rampa en lugar de un muro: la reacción llega al mismo destino, solo por un camino más fácil, y nunca puede hacer que ocurra una reacción que no ocurriría de todas formas, solo cambiar qué tan rápido llega ahí. Como un catalizador baja la barrera de la reacción inversa por la misma cantidad, acelera el acercamiento al equilibrio desde cualquier dirección, razón por la cual el catalizador del proceso Haber que hace amoniaco más rápido también descompondría el amoniaco más rápido; solo las condiciones de la reacción deciden qué dirección gana.