Metais e Catálise guião

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Catálise homogénea
Ao contrário da catálise heterogénea, na catálise homogénea os reagentes e o catalisador encontram-se ambos na fase líquida. 
Nestas reações a evolução dá-se através de espécies intermediárias, que tem um valor menor de energia de ativação e possuem geralmente mais do que um passo para acabar a reação.
Os catalisadores utilizados são geralmente iões ou complexos de metais de transição que sofrem alterações nos seus estados de oxidação durante as reações, mas também podem ser utilizados bases ou ácidos inorgânicos e enzimas.
Cada catálise possui as suas vantagens e desvantagens, neste caso a catálise homogénea permite um bom contacto com os reagentes e os produtos da reação que consequentemente permite uma maior concentração de catalisador na reação do que na catálise heterogénea.
Contudo este tipo de reação também possui desvantagens já que dificulta a recuperação do catalisador no final da reação e possibilita a contaminação do produto pelo catalisador.
Produção de ácido sulfúrico
Reação entre o SO2(g) com o O2(g) é acelerada quando se substitui a reação direta por duas mais rápidas e em que o NO2(g) é totalmente regenerado para continuar a reagir com o SO2(g). Aqui o NO2(g) é o catalisador.
2 SO2(g) + 2 NO2(g) – 2 SO3(g) + 2 NO(g)
2 NO(g) + O2(g) — 2 NO2(g)
+_______________________________________
2 SO2(g) + O2(g) — 2 SO3(g)
Decomposição do ácido fórmico (HCOOH)
O ácido fórmico, também conhecido como ácido metanóico, é o ácido carboxílico mais simples e possui a fórmula química HCOOH. este é encontrado naturalmente em algumas plantas e insetos, sendo mais conhecido pela sua presença na picada de formigas, de onde deriva seu nome. Este composto é um líquido incolor e possui um odor pungente, característico, que pode ser percebido em concentrações mais elevadas.
Na decomposição do ácido fórmico a quando da ausência de um catalisador a reação envolve a migração do hidrogénio de um átomo de carbono para um átomo de oxigénio, dentro da mesma molécula, seguida da quebra da ligação C-O. 
Naturalmente nesta reação os requisitos energéticos são elevados, pois a transferência do hidrogénio necessita de uma elevada energia de ativação, tornando a reação muito lenta.
E por isso, dado que a rapidez da reação é muito baixa, é utilizado catalisadores para a acelarar.
Na reação catalisada neste caso, por ácido sulfúrico.
É chamado de complexo ativado ou estado de transição quando um átomo de uma molécula colide com outro átomo de outra molécula e quebra a ligação entre eles, passando um átomo de uma molécula para a outra.
Em uma reação química, é a matéria que está no meio termo entre reagentes e produtos, no momento em que o processo atinge a energia de ativação.
O ião H+ é o catalisador. Está presente no complexo activado, mas regressa à solução quando este se cinde e forma os produtos. O catalisador por si não é consumido na reação global, embora faça parte do complexo ativado.
A partir disto a conversão catalisada do ácido fórmico em CO e H2O realiza-se em vários passos e possui Ea menor do que se a reação fosse realizada num só passo. 
O diagrama de energia para a reação catalisada mostra três picos correspondentes à formação dos complexos ativados. 
O vale entre eles representa o intermediário, que é mais estável que os complexos ativados, mas menos estável do que os reagentes e os produtos.
Na catálise homogénea por transferência de eletrões, o catalisador é uma espécie química que apresenta dois estados de oxidação, de tal forma que, numa primeira etapa pode oxidar-se e numa segunda etapa reduzir-se (ou vice-versa) de modo a que se formem os produtos e o catalisador seja regenerado.
Aplicações da decomposição do ácido fórmico:
· A sua solubilidade em água, torna-o um excelente agente de transporte para diversas reações químicas.
· Este é uma boa fonte de hidrogénio molecular, que é amplamente utilizado na indústria química e petroquímica, na refrigeração, na geração de energia elétrica, aquecimento, produção de fertilizantes, semicondutores, soldagens e corte de metal.
· Na agricultura, este é usado como um herbicida e inseticida, ajudando a controlar pragas e ervas daninhas.
Outras catálises homogéneas: catálises enzimáticas
Enzima: é uma proteína que acelera uma reação química e cuja molécula tem uma forma única, com locais activos para alojar a molécula a reagir, substrato, e que determina a sua função e o tipo de substrato com quem vai trabalhar. 
As enzimas atuam em soluções no organismo e as mais eficientes aceleram reações em 15 a 20 ordens de grandeza, por isso fazem com que reações que demorariam milhões de anos passem a ocorrer numa fracção de segundo.
Pensa-se que as enzimas interatuam com as partículas dos reagentes de modo a colocá-las na geometria correta para a obtenção de produtos. Um dos mecanismos generalizados para a catálise enzimática está representado no seguinte esquema:
Efeito da temperatura, do pH e de inibidores nas catálises enzimáticas
As enzimas têm uma temperatura óptima e um pH óptimo em que trabalham melhor e as quais dependem do organismo vivo onde atuam:
● Temperatura: até atingir a temperatura óptima a relação temperatura/rapidez da reação é uma relação geométrica – quer a enzima quer o substrato terão maior Ec e por isso irão colidir mais vezes, porque mais partículas têm energia suficiente para ultrapassar a Ea; Abaixo dessa temperatura as enzimas continuam a atuar mas muito lentamente (no frigorífico os alimentos também se estragam); Acima da temperatura ótima, a rapidez decresce à medida que mais enzimas desnaturam, perdendo a sua forma. O substrato já não consegue ligar-se à enzima e a reação deixa de ser catalisada.
● pH: para a maior parte das enzimas o valor de pH óptimo situa-se entre
7 e 8, embora haja algumas que trabalham a pH extremos (a protease no
estômago trabalha a pH = 1). O pH afeta a carga dos aminoácidos no lugar
activo, alterando-lhe as propriedades de modo a que o substrato não
consegue efetuar a ligação à enzima.
● Inibidores: a atividade enzimática é destruída se uma substância estranha se liga
irreversivelmente ao local ativo, tornando-o inacessível ao substrato. Ex: arsénio(V).
Enzimas na indústria
Ao contrário dos catalisadores inorgânicos, as enzimas atuam a temperatura, pressões e valores de pH moderados, sendo por isso mais eficientes do ponto de vista energético.
Enzimas na indústria
As vantagens das enzimas na indústria são diversas, uma vez que estes:
· São produtos naturais biológicos e biodegradáveis
· Têm alta especificidade nas reações
· Não são consumidas durante o processo
· Aumentam a velocidade das reações por diminuírem a energia de ativação, Ea
Desta forma as enzimas são usadas na indústria alimentar, farmacêutica, têxtil e muitas outras, permitindo:
· A eliminação da água oxigenada durante o processamento dos alimentos;
· O desdobramento de óleos e gorduras, especialmente em laticínios; 
· A remoção do sabor amargo em cítricos;
· A redução do volume de efluentes formados;
· A utilização de leveduras que contêm enzimas responsáveis pelo fabrico de pão, da cerveja e do queijo;
· A formulação de medicamentos com função digestiva, anti-inflamatórios, tratamento de coágulos sanguíneos, câncro, entre outros.
Mesmo com todos estes catalisadores, existe sempre uma grande procura de novos catalisadores, de forma a melhorar ainda mais as reações químicas e também de forma a reduzir a utilização de catalisadores metálicos que produzem quantidades estequiométricas de resíduos metálicos, normalmente tóxicos e de difícil recuperação, o que não é ideal.
Tem havido assim um grande progresso no que toca aos catalisadores sendo um destes a:
A descoberta de um terceiro tipo de catalisador:
Organocatálise assimétrica
A utilização de compostos orgânicos como catalisadores de reações químicas, publicado na revista Journal of American Chemical Society, no ano de 2000. Estes catalisadores obtiveram um bom resultado na obtenção de uma catálise assimétrica, ou seja, que é capaz de obterapenas um dos enantiômeros de uma mistura racêmica (50% de cada enantiômero).
Enantiômeros: compostos que possuem uma imagem especular não sobreponível (como as nossas mãos).
Exemplos: aminoácido prolina e o ião imino.
A pesquisa de Benjamin List e David W. C. MacMillan é de grande importância para indústria química e farmacêutica:
Dado que para a indústria farmacêutica é quase sempre necessário promover reações assimétricas, e a grande maioria dos fármacos corresponde a um só enantiómero. Daí, interessa que só uma das duas moléculas possíveis seja sintetizada ( permite identificar a molécula desejada).
Questões:
1. Na catálise homogénea em que fase se encontra os reagentes e o catalisador ?
Opções:
· Encontram-se na mesma fase (fase líquida)
· Encontram-se na mesma fase (fase gasosa)
· Encontram-se em fases diferentes (fase líquida e fase sólida, respetivamente)
· Encontram-se em fases diferentes (fase gasosa e fase sólida, respetivamente)
2. Qual o metal que pode ser usado como catalisador?
Opções:
· Paládio
· Lítio
· Magnésio
· Oxigénio
3.Qual a desvantagem da catálise homogénea?
Opções:
· A concentração efetiva do catalisador é baixa porque a reação ocorre apenas na sua superfície que não está exposta. 
· A concentração efetiva do catalisador é baixa porque a reação ocorre apenas na sua superfície exposta. 
· Bom contacto com reagentes/produtos.
· A dificuldade de recuperação do catalisador.
4. Qual a razão das reações químicas catalisadas se darem em mais do que uma fase/passo? 
Opções:
De forma a diminuir a energia de ativação necessária para a reação se realizar. 
De forma a aumentar a energia de ativação necessária para formar os complexos ativos. 
De forma a tornar a reação mais lenta. 
De forma a reduzir a quantidade de catalisador gasto.