5.5: Catalizadores que hacen que las reacciones vayan

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El monóxido de carbono ciertamente se quemará en presencia de oxígeno del aire como lo demuestra la reacción

\[\ce{2CO + O2 \rightarrow 2CO2}\]

El monóxido de carbono es un producto de los escapes de automóviles y un contaminante indeseable y tóxico del aire. Una forma de librar los gases de escape de los automóviles de este contaminante es bombear aire al escape y convertir el monóxido de carbono en dióxido de carbono como lo muestra la reacción anterior. Sin embargo, incluso en presencia de oxígeno, esta reacción no procede a su finalización en un sistema de escape de automóvil ordinario. Se permite que ocurra, sin embargo, haciendo pasar el escape mezclado con aire sobre una superficie sólida similar a un panal de cerámica recubierta con un metal que permite que se produzca la reacción, pero no se consume en la reacción. Tal sustancia se llama catalizador. La mayoría de las personas que tienen un automóvil son vagamente conscientes de que tienen un catalizador de escape automotriz. Se vuelven mucho más conscientes de este hecho si el sistema de escape del automóvil falla una prueba de emisiones y el convertidor catalítico en él tiene que ser reemplazado a un costo de varios cientos de dólares!

No tenemos que ir más lejos que nuestros propios cuerpos para encontrar catalizadores. Eso se debe a que todos los organismos vivos tienen catalizadores biológicos que permiten que ocurran reacciones. Dichos catalizadores vivos consisten en proteínas especializadas llamadas enzimas. Las enzimas se discuten en el Capítulo 7.

Un proceso común catalizado por enzimas es la reacción de la glucosa (azúcar en la sangre, C ₆ H ₁₂ O ₆) con oxígeno molecular para producir energía mencionada al inicio de este capítulo:

Este es el importante proceso de respiración óxica que llevan a cabo todos los organismos que viven en contacto con el aire y utilizan el oxígeno del aire para reaccionar con los materiales alimenticios. Aunque la reacción general para la respiración óxica se puede escribir de manera muy simple, el proceso real requiere muchos pasos y se utilizan varias enzimas catalíticas. Otras enzimas se utilizan para diversos procesos de vida, como la síntesis de proteínas. Hay enzimas que desintoxican sustancias tóxicas, y en algunos casos inadvertidamente hacen sustancias tóxicas a partir de las no tóxicas. Algunas de las sustancias cancerígenas más comunes se sintetizan en realidad a partir de otras moléculas por acción enzimática. Obviamente las enzimas son muy importantes en los procesos de la vida.

Los catalizadores aceleran las reacciones. Dependiendo de las condiciones, la velocidad de reacción puede variar significativamente. Las tasas de reacciones químicas son abordadas por el área de cinética química.

Los catalizadores son muy importantes en la química verde. Una razón por la que esto es así es porque los catalizadores permiten que las reacciones se lleven a cabo de manera muy específica. Además, el catalizador adecuado puede permitir que se produzcan reacciones con un consumo relativamente menor de energía y a temperaturas relativamente más bajas.