Catálisis heterogénea
Mecanismos para procesos catalíticos heterogéneos.
En el trabajo cinético buscamos formular una descripción
a nivel molecular que reproduzca una expresión de velocidad determinada
experimentalmente, siempre en función de cantidades macroscópicas
tales como las presiones parciales o concentraciones de los reactivos involucrados.
Es necesario distinguir entre la expresión de velocidad real
y la aparente. La expresión de velocidad real es aquella
expresada en función de concentraciones superficiales, mientras
que la aparente está en función de presiones parciales (dado
que las no podemos medir concentraciones superficiales, convendría
que el lector se preguntara cuál es la "realidad" o utilidad de
una expresión en función de cantidades no-medibles).
Hay que recordar que todas las superficies reales contienen imperfecciones:
escalones, terrazas, dislocaciones, grietas y resquebrajaduras, las cuales
exponen superficies con diferentes actividades catalíticas.
Estas diferentes superficies dan origen a diferentes calores de adsorción
que pueden variar o no con el recubrimiento. También afectan
la movilidad de una partícula sobre la superficie, lo cual afecta
su probabilidad de sufrir colisiones que conduzcan a una reacción
química. Esto hace imposible un tratamiento matemático
completo de la actividad de un catalizador. Por lo tanto, recurrimos
a suposiciones algo drásticas:
-
El equilibrio de adsorción es rápido.
-
Las moléculas que forman la monocapa tienen suficiente movilidad
como para que sufran muchos encuentros (para poder escribir expresiones
de acción de masas).
-
La monocapa obedece a la isoterma de Langmuir.
Comúnmente se consideran dos mecanismos:
-
Langmuir-Hinshelwood
-
Eley-Rideal (pronúnciese: eli-ridil)
En el mecanismo de Langmuir-Hinshelwood, se supone que dos especies, A
y B, se adsorben sobre la superficie del catalizador. Hasta entonces, gracias
a las colisiones de las partículas adsorbidas, se dará la
reacción. De este modo, la expresión de velocidad posee la
siguiente forma:
A + B ---> C, dC/dt = k(theta)A(theta)B
para obtener la ecuación de velocidad en función de las
presiones parciales, necesitamos sustituir las isotermas de adsorción
en lugar de las coberturas. Cabe aclarar que si suponemos que tanto A como
B, individualmente, siguen la isoterma de Langmuir, a la hora de sustituir
necesitamos utilizar la ecuación de Langmuir en su forma de adsorción
competitiva:
(theta)i = (KiPi/(1 + (sumatoria)KnPn))
AÑADIR MECANISMO DE ELEY-RIDEAL
Ejercicio: Deducir la forma competitiva de la isoterma de adsorción
de Langmuir
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Ultima actualización de esta página: 22 de septiembre
de 1999
Encargado de la página: Dr. Víctor Manuel Rosas García.
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Facultad de Ciencias Químicas
Universidad Autónoma de Nuevo León
San Nicolás de los Garza, NL, México.