Fernando Bimbela Serrano Etiqueta

Empezaremos por definir lo que entendemos por catalizador. Si acudimos a la definición que proporciona la Real Academia Española (RAE), comprobamos que, en su primera acepción, un catalizador es:

“1. adj. Quím. Dicho de una sustancia: Que, en pequeña cantidad, incrementa la velocidad de una reacción química y se recupera sin cambios esenciales al final de la reacción” (1).

Un catalizador, básicamente, facilita la ruptura de ciertos enlaces químicos entre átomos existentes en las moléculas que reaccionan y favorece la formación de otros nuevos enlaces, permitiendo así la generación de nuevas moléculas, esto es, de los productos de la reacción.

Un aspecto importante, como bien se deduce de la definición de la RAE, es el hecho de que, una vez completada la reacción, el catalizador debe poder recuperarse y encontrarse disponible de nuevo para volver a catalizar la reacción de más moléculas, sin haber sufrido alteraciones notables. Idealmente, el catalizador debiera de recuperar su estado inicial tras de haber participado en el proceso de reacción acelerándolo. En la práctica, hay múltiples casos en los que la sustancia o el material que actúa como catalizador sufre paulatinamente cambios en sus propiedades físicoquímicas o en su estructura. Esto provoca que, a menudo, el catalizador se encuentre sometido a alteraciones notables que pueden hacerle perder eficacia en su acción catalizadora e, incluso, verse inutilizado por completo transcurrido un cierto tiempo.

Así pues, los catalizadores son sustancias que facilitan el desarrollo de reacciones químicas al contribuir a acelerar notablemente el proceso de reacción, pero sin ser uno de los elementos reaccionantes. En multitud de reacciones llevadas a cabo a nivel industrial, se utilizan catalizadores para poder obtener los productos de reacción en un tiempo razonable y en una cantidad apreciable. Incluso en nuestra vida diaria, nuestros actos más cotidianos pueden requerir del empleo de catalizadores para facilitarnos las cosas o para lograr mantener un entorno de vida más saludable y menos expuesto a sustancias nocivas.

Un ejemplo sencillo lo podemos encontrar en los convertidores catalíticos de los gases de escape de nuestros vehículos de combustión. En dichos vehículos, los gases de escape son obligados a atravesar un dispositivo con una geometría particular en cuyas paredes internas se encuentra depositada la capa de material que actuará como catalizador de varias reacciones químicas. Estas reacciones químicas permiten que, tras haber atravesado este pequeño reactor catalítico, los gases que se emiten por el tubo de escape sean mucho menos nocivos. En pleno funcionamiento del convertidor catalítico, las únicas sustancias que se emiten por el tubo de escape son nitrógeno (N₂), dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O).

Diagrama esquemático del interior de un convertidor catalítico de un automóvil. Adaptado de (2).

Existen múltiples catalizadores para infinidad de reacciones químicas. Así, podemos encontrar toda clase de catalizadores que presentan numerosos formatos: los hay desde sustancias líquidas que pueden mezclarse con otros reactivos líquidos, pasando por otros en forma de lecho de partículas sólidas granulares que se ponen en contacto con reactivos en un medio fluido, ya sea líquido o gaseoso, hasta llegar a materiales catalíticos muy avanzados, como los de los convertidores catalíticos de la imagen anterior. Estos últimos, por encontrarse depositados sobre un sustrato con una estructura geométrica dada, son los que denominamos catalizadores estructurados, y los reactores químicos en los que se colocan son, por lo tanto, reactores catalíticos estructurados.

Estos catalizadores y sistemas de reacción estructurados representan un notable avance en el campo de la ingeniería de reactores, ya que combinan una serie de características que los convierten en tecnologías altamente innovadoras y eficientes. Entre sus principales ventajas, cabe destacar que permiten una mejor gestión del calor intercambiado en el proceso de reacción, así como una mejora en la transferencia de materia durante la reacción química, facilitando así el contacto entre los reactivos y el material catalítico y también el proceso de liberación de los productos de la reacción, por lo que estos pueden abandonar el reactor mucho más rápidamente.

En el desarrollo de este tipo de materiales avanzados, se precisa una aproximación multidisciplinar. Así, es necesario combinar una serie de saberes y disciplinas que involucran, entre otras, a la química, la ingeniería química, la ingeniería térmica y de materiales, la mecánica de fluidos, las matemáticas e, incluso, la informática. Ello supone una oportunidad magnífica para que científicos y profesionales de diferentes ámbitos de la ciencia y la tecnología participen, de manera conjunta, en el desarrollo de estas pequeñas obras de arte que mejoran nuestra calidad de vida y nos permiten obtener, de manera mucho más eficiente y rápida, numerosos productos que nuestra sociedad necesita y demanda.

 

(1) Definición de catalizador, Diccionario de la lengua española de la Real Academia de la Lengua Española (RAE): https://dle.rae.es/?w=catalizador

(2) Universidad de California en Berkeley (EE.UU.), 2009:

http://www.cchem.berkeley.edu/molsim/teaching/fall2009/catalytic_converter/bkgcatcon.html

 

Esta entrada al blog ha sido elaborada por Fernando Bimbela Serrano, investigador del Grupo de Reactores Químicos y Procesos para la Valorización de Recursos Renovables del Instituto de Materiales Avanzados (InaMat) de la Universidad Pública de Navarra (UPNA)