Os catalisadores estão presentes em diversas áreas da nossa vida, mesmo que muitas vezes passem despercebidos. Eles são fundamentais para acelerar reações químicas sem serem consumidos, e isso os torna extremamente úteis, seja na natureza ou na indústria.
As reações com catalisadores estão presentes em muitas questões de química, haja vista que são de suma importância para a vida cotidiana. Por isso, dominar o assunto é essencial para quem está se preparando para o Enem e vestibulares. Leia o artigo para entender tudo sobre catalisadores! Vamos lá?
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O que é um catalisador?
O tempo de duração de uma reação química pode variar dependendo de diversos fatores, como temperatura, pressão e energia de ativação. Dessa forma, algumas reações são muito demoradas, necessitando, por vezes, de mecanismos que acelerem essas reações. Nesse sentido, para acelerar reações químicas, podemos utilizar catalisadores.
Os catalisadores são utilizados para acelerar reações químicas, mas não são consumidos na durante a reação, sendo regenerados ao final do ciclo catalítico. Dessa maneira, um catalisador não altera os produtos ou o equilíbrio de uma reação, pois interfere apenas na sua velocidade, acelerando-a.
Como os catalisadores atuam?
Como foi mencionado anteriormente, os catalisadores aceleram as reações químicas. Basicamente, isso é possível porque os catalisadores fornecem um novo caminho reacional (um caminho alternativo), com uma Energia de ativação (Ea) menor do que a da reação não catalisada, fazendo com que a reação ocorra de maneira mais rápida. Veja como isso pode ser expresso em um gráfico:
Por meio do gráfico, chegamos às seguintes conclusões:
- O catalisador cria uma “rota mais baixa” no diagrama de energia, diminuindo a barreira energética para a reação ocorrer;
- O catalisador não altera o ΔH (entalpia) global da reação (a quantidade total de calor ou energia liberada ou absorvida pela reação permanece a mesma); e
- O catalisador aumenta a velocidade com que uma reação reversível atinge o equilíbrio, acelerando tanto a reação direta quanto a inversa, mas não altera a posição de equilíbrio.
Tipos de catálise
As catálises são as reações que utilizam catalisador. Geralmente classificamos as catálises em homogênea, heterogênea ou enzimática, de acordo com os seguintes critérios:
Catálise homogênea
Na catálise homogênea, o catalisador está na mesma fase física dos reagentes e produtos.
Exemplo:
2 SO2 (g) + O2 (g) 
2 SO3 (g)
Nessa reação, todos os reagentes e produtos estão no estado gasoso, assim como o catalisador (NO), que também está no estado gasoso. Por isso, essa é uma catálise homogênea.
Catálise heterogênea
Na catálise heterogênea, o catalisador está em um fase física diferente dos reagentes e produtos.
Exemplo:
2 SO2 (g) + O2 (g) 
2 SO3 (g)
Nesse exemplo, todos os reagentes e produtos estão no estado gasoso, enquanto o catalisador (Pt) está no estado sólido. Por isso, essa é uma catálise heterogênea.
Mecanismo de adsorção na superfície
A catálise heterogênea costuma acontecer por meio do mecanismo de adsorção na superfície, da seguinte maneira:
- Adsorção: as moléculas reagentes se prendem à superfície do catalisador sólido (o catalisador segura as moléculas, deixando-as mais reativas);
- Reação na superfície: depois de adsorvidas, as moléculas reagem entre si ou sofrem transformações químicas sobre a superfície do catalisador (ocorre a formação dos produtos); e
- Dessorção: por fim, os produtos se desprendem da superfície.
Catálise enzimática
A catálise enzimática, por sua vez, é um tipo de reação que utiliza as enzimas como catalisadores. As enzimas são catalisadores naturais, são produzidas pelos seres vivos para acelerar as reações necessárias à sobrevivência. Um exemplo de enzima é a amilase salivar (ou ptialina), que está presente na saliva humana e acelera a digestão de carboidratos.
As enzimas apresentam alta especificidade, catalisando apenas um tipo específico de reação. Nesse sentido, dizemos que as enzimas atuam em um modelo chave-fechadura, tendo em vista que agem de maneira muito seletiva.
Promotores e inibidores catalíticos
Os promotores são substâncias que aumentam a atividade de um catalisador, mas não apresentam atividade catalítica sozinhos. Os promotores podem ser do tipo capturadores (se ligam a impurezas que possam atrapalhar a catálise) ou facilitadores (promovem a formação de sítios catalíticos ativos).
Já os inibidores (ou venenos catalíticos) são substâncias que reduzem ou anulam a atividade de um catalisador. Eles são muito empregados na medicina, por exemplo, em medicamentos que atuam através da inibição enzimática, como a aspirina.
Aplicações dos catalisadores
Indústria química
Vários processos industriais dependem de catalisadores para serem viáveis economicamente e ecologicamente. Um exemplo clássico é o processo Haber-Bosch, responsável pela produção da amônia (NH3) a partir do nitrogênio e do hidrogênio. A amônia é a base para fertilizantes, essenciais para a agricultura moderna.
Catalisadores automotivos
Nos automóveis, os catalisadores estão presentes nos escapamentos dos chamados catalisadores automotivos. Eles ajudam a converter gases poluentes em substâncias menos prejudiciais.
Processos biológicos
No corpo humano e em outros seres vivos, os catalisadores naturais são as enzimas. Elas aceleram diversas reações essenciais, como a digestão, a respiração celular e a síntese de moléculas importantes.
Questões sobre catalisadores
Mackenzie (2023)
O uso de catalisadores em processos químicos é usual e muito importante. Grandes investimentos são realizados tanto por empresas quanto por órgãos públicos visando a síntese de materiais que atuem como catalisadores cada vez mais seletivos e eficientes. Dessa forma, busca-se atingir a inovação tecnológica de materiais e processos químicos.
Os catalisadores aumentam a velocidade da reação química, porque
A) permitem que reações não espontâneas se tornem espontâneas.
B) permitem que a reação se desenvolva por um caminho de reação exotérmico.
C) permitem que a reação se desenvolva por um caminho de menor energia de ativação.
D) promovem o aumento da energia cinética dos reagentes.
E) permitem que a reação se desenvolva por um caminho de reação em fase homogênea.
Resposta:
GABARITO: ALTERNATIVA C.
PUC-SP (2018)
Considere uma reação genérica em que os reagentes D e G transformam-se no produto J. A cinética dessa reação pode ser estudada a partir do gráfico a seguir que representa a entalpia de reagentes e produtos, bem como das espécies intermediárias formadas durante o processo. No gráfico, estão representados os caminhos da reação na presença e na ausência de catalisador.
Um aluno ao analisar esse gráfico fez algumas afirmações a respeito da reação D + G → J:
I. z representa a variação de entalpia (ΔH) dessa reação.
II. y representa a energia de ativação dessa reação na presença de catalisador.
III. x + z representa a energia de ativação dessa reação na ausência de catalisador.
IV. Essa reação corresponde a um processo endotérmico.
Estão corretas apenas as afirmações
A) I e II.
B) I e III.
C) II e III.
D) II e IV.
E) I, II e IV.
Resposta:
GABARITO: ALTERNATIVA A.
Afirmativa I: certo. A variação da entalpia é representada pela letra z.
Afirmativa II: certo. A curva em vermelho representa a reação na presença do catalisador.
Afirmativa III: errado. A energia de ativação dessa reação, na ausência de catalisador, é representada apenas por x.
Afirmativa IV: errado. Trata-se de uma reação exotérmica, já que energia dos produtos é menor que a energia dos reagentes.
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