JC Bayon Primer Version

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J. Carles Bayón Universitat Autònoma de Barcelona joancarles.bayon@uab.es CATÁLISIS EN LA INDUSTRIA QUÍMICA Y EN LA VIDA COTIDIANA Procesos catalíticos homogéneos y heterogéneos de relevancia industrial

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ESTRUCTURA DE LA PRESENTACIÓN Definiciones y conceptos importantes Aplicaciones visibles de la catálisis Perspectiva histórica

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La catálisis química es una ciencia central en una sociedad tecnológicamente avanzada Más del 80% de los productos químicos manufacturados requieren por los menos una etapa catalítica (es decir, emplean al menos un catalizador) La investigación en catálisis es indispensable para el desarrollo sostenible del planeta CATALISIS QUÍMICA

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Energía y petroquímica Catálisis:

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Abonos y agroquímicos Catálisis:

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Catálisis: Tratamiento de residuos y contaminates

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Polímeros Catálisis:

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Detergentes Catálisis:

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Cosméticos Catálisis:

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Fármacos Catálisis:

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Ludwig Mond (1839-1909)

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Paul Sabatier 1854-1941

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Catálisis es una habilidad de las substancias para exaltar, por mero contacto, la afinidad latente de los reactivos para producir una reacción, que de otra forma no tendría lugar Jakob Berzelius (1835) DEFINICIÓN: Catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad con la que una reacción alcanza el equilibrio, sin consumirse esencialmente en esta reacción Wilhem Ostwald (1895)

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H2C=CH2 + H2 H3C- CH3 Reacción no catalizada

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H2C=CH2 + H2 H3C- CH3 + Ni Reacción catalizada

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Catalizada versus no catalizada

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ABONOS 1/2 N2 + 3/2 H2 NH3 H= - 309 kJ·mol-1 1909

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ABONOS

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ABONOS Proceso industrial en 1908

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ABONOS Premio Nobel 1931 Catalizador: 90% Fe() y promotores (K2O, Al2O3, MgO, SiO2) 400ºC 200 bar Premio Nobel 1918

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ABONOS

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MOTOR DE COMBUSTION Convertidor catalítico

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Fotocatálisis sobre TiO2 Purificación de aguas residuales con baja concentración de contaminantes

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APLICACIONES ACTUALES Hidrogenación de las olefinas de la nafta Obtención de margarinas

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Catalizador homogéneo es el que se encuentra en la misma fase (normalmente en disolución) que los reactivos Catalizador heterogéneo es el que se encuentra en una fase distinta a la de los reactivos. Normalmente el catalizador es sólido y los reactivos son gases o líquidos DEFINICIÓN:

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ivermictina

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Selectividad (en un producto) es el cociente entre los moles de producto obtenidos y los moles de reactivo consumidos DEFINICIÓN:

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SELECTIVIDAD: A + catalizador

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Catalizador heterogéneo Catalizador homogéneo

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El papel de los ligandos Selectividad 80% Selectividad 95%

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El papel de los ligandos Control del Mw, copolimerización Exxon, Dow, etc 1990- Polipropileno isotáctico

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W.S. Knowles R. Noyori Premio Nobel 2001 K.B. Sharpless Catálisis asimétrica El papel de los ligandos

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DEFINICIÓN: Objeto quiral: No contiene un eje impropio de simetría ( no tiene plano de simetría)

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Productos enantioméricamente puros Fármacos 100 más vendidos en 1994 50 quirales

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Síntesis de la LEVODOPA L-DOPA (Monsanto) tratamiento sintomático de la enfermedad de Parkinson

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Selectividad de un catalizador (en un producto) es el cociente entre los moles de producto obtenidos y los moles de reactivo consumidos DEFINICIÓN:

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ECONOMÍA ATÓMICA

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EL PROBLEMA DE LOS RESIDUOS

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EL PROBLEMA DE LOS RESIDUOS

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ECONOMÍA ATÓMICA EN FARMACOS

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CATÁLISIS EN ACCIÓN: fibras, botellas envoltorio, etc

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ZSM-5 Catalizador heterogéneo selectivo Patente US 1972 Nan[AlnSi96-nO192] ~ 16 H2O (n < 27) Características: Carácter de ácido fuerte

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Producción mundial: 1980 2.7 millones de Tm 1990 3.5 millones de Tm Proceso Amoco (oxidación p-xileno a diácido)

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Electrocatálisis (oxidación tolueno a benzaldehído)

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Proyecto CUTE (Clean Urban Tranport for Europe)

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E= 0.7 V

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COCHE: un problema más complicado Catalizadores: óxidos mixtos de Cu, Zn, Al etc