Influência de Catalisadores em Equilíbrios Químicos

Para que uma reação química ocorra, reagentes devem romper a “barreira energética” – chamada de Energia de Ativação (E_A) – que os separa dos produtos. Quanto maior a E_A, mais lenta é a reação. Quando o obstáculo energético é vencido, forma-se primeiramente o complexo ativado – uma estrutura instável e intermediária entre reagentes e produtos, na qual as ligações químicas entre reagentes são enfraquecidas e as entre produtos estão em formação. Cuidado: não confunda as grandezas ΔH^R e E_A:

► E_A corresponde à menor energia necessária aos reagentes para a formação do complexo ativado;

► ΔH^R representa uma medida da diferença energética entre reagentes e produtos.

Assim, para reações exotérmicas e endotérmicas, podemos fazer a seguinte representação do caminho de reação:

O catalisador possibilita um novo caminho para a reação. Quando adicionado, ele forma com o reagente um novo intermediário de reação que exige menor energia de ativação, fazendo com que a reação se processe de maneira mais rápida. No final do processo, o catalisador é regenerado sem sofrer alteração permanente, ou seja, ele não é consumido.

Dessa maneira, sua concentração não sofre alteração ao longo da reação química. Como o catalisador aumenta a velocidade das reações direta e inversa igualmente, a sua adição provoca a diminuição do tempo necessário para que esse equilíbrio seja atingido.

Importante: catalisadores não deslocam o equilíbrio! Ou seja, não alteram as concentrações em equilíbrio (valor de K_c e K_p) ou o rendimento obtido no processo.

Devemos ter cuidado para não confundir o efeito da variação de temperatura e do catalisador: ambos diminuem o tempo – energia – necessários para atingir o equilíbrio químico.

No entanto, o uso do catalisador acarretará em um equilíbrio com as mesmas concentrações obtidas se ele não for usado. Enquanto isso, a variação da temperatura desloca o equilíbrio, gerando alteração nas quantidades de reagentes e produtos – no valor de K_c. Repare o equilíbrio entre N₂O₄ e NO₂ analisado no primeiro capítulo de nosso estudo, que sofre duas alterações distintas:

Por diminuir a energia necessária para que reações em equilíbrio ocorram, catalisadores são amplamente usados na indústria química, por vezes combinados com condições de reação severas. Por exemplo, o processo de Haber-Bosch, que realiza a síntese da amônia, utiliza três condições para obter máximo rendimento: catalisador, alta temperatura e alta pressão.

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