Un catalizador es una sustancia que acelera una reacción química, o reduce la temperatura o la presión necesarias para iniciar una, sin consumirse durante la reacción. La catálisis es el proceso de agregar un catalizador para facilitar una reacción.
Durante una reacción química, los enlaces entre los átomos en las moléculas se rompen, reorganizan y reconstruyen, recombinando los átomos en nuevas moléculas. Los catalizadores hacen que este proceso sea más eficiente al reducir la energía de activación, que es la barrera de energía que debe superarse para que ocurra una reacción química. Como resultado, los catalizadores facilitan que los átomos se rompan y formen enlaces químicos para producir nuevas combinaciones y nuevas sustancias.
El uso de catalizadores conduce a reacciones químicas más rápidas y de mayor eficiencia energética. Los catalizadores también tienen una propiedad clave llamada selectividad, por la cual pueden dirigir una reacción para aumentar la cantidad de producto deseado y reducir la cantidad de subproductos no deseados. Pueden producir materiales completamente nuevos con usos potenciales completamente nuevos.
En las últimas décadas, los científicos han desarrollado catalizadores cada vez más especializados para aplicaciones esenciales del mundo real. En particular, los potentes catalizadores han transformado la industria química. Estos avances han dado lugar a plásticos biodegradables, nuevos productos farmacéuticos y combustibles y fertilizantes más seguros para el medio ambiente.
Oficina de Ciencia de DOE: Contribuciones a la Investigación de Catalizadores
El programa de Ciencias de la Energía Básica de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía (DOE) apoya activamente la investigación básica sobre catalizadores. El Departamento de Energía se centra en el diseño de nuevos catalizadores y en el uso de catalizadores para controlar las transformaciones químicas a nivel molecular y submolecular. DOE research hace hincapié en comprender estas reacciones y en cómo hacerlas más eficientes y específicas. El objetivo general del DOE es desarrollar nuevos conceptos en catálisis y nuevos catalizadores para ayudar a la industria a producir combustibles y productos químicos a partir de materias primas fósiles y renovables de manera más eficiente y sostenible. Esta investigación está ayudando a avanzar en los combustibles solares, que son combustibles que las empresas fabrican utilizando el sol y productos químicos comunes como el dióxido de carbono y el nitrógeno. Esta investigación también está creando métodos avanzados para transformar el plástico desechado en nuevos productos.
Datos rápidos
- Los seres humanos han estado utilizando catalizadores durante miles de años. Por ejemplo, la levadura que utilizamos para hacer pan contiene enzimas, que son catalizadores naturales que ayudan a la conversión de la harina en pan.
- El Premio Nobel de Química de 2005 fue otorgado a tres investigadores (Yves Chauvin, Robert H. Grubbs y Richard R. Schrock) por su trabajo en catalizadores de metátesis. Los doctores Grubbs y Schrock fueron financiados en parte por DOE para su investigación con el Premio Nobel. El Dr. Schrock sigue siendo financiado por el Departamento de Energía.
- El Premio Nobel de Química 2018 fue otorgado a Frances H. Arnold por su trabajo pionero para dirigir la evolución de enzimas para aplicaciones como combustibles renovables que son inocuos para el medio ambiente. Está financiada en parte por DOE.
- Visite Argonne National Lab para conocer siete cosas más que tal vez no sepa sobre la catálisis.
Recursos
- Programa BES de la Oficina de Ciencias de DOE
- Conozca las direcciones de investigación de DOE para catalizadores químicos.
- Informe: Necesidades básicas de investigación para la Ciencia de la catálisis
- Cómo los catalizadores están transformando la industria química, los combustibles solares y el reciclado de polímeros.
- Lo más destacado de la ciencia: La catálisis Ve la Luz