Las virtudes del platino

Los catalizadores son sustancias que aceleran la velocidad de las reacciones químicas y a ese efecto se le denomina catálisis. A mediados del siglo XIX, los químicos, sobre todo en Alemania, se dieron cuenta de que algunas reacciones eran más rápidas si se les añadían determinados metales. Uno de los metales que tenía gran influencia era el platino, un costoso material, que hasta ese momento sólo se utilizaba en joyería. Por ejemplo, si se introducen hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂) en un recipiente cerrado, apenas reaccionan, pero si en ese mismo recipiente se coloca un trozo de platino (Pt) se puede apreciar que éste no sólo se calienta, sino que llega a ponerse incandescente y en el recipiente comienzan a condensarse gotas de agua. Si tenemos alguna manera de enfriar el platino para que la mezcla no se queme, el hidrógeno y el oxígeno seguirán reaccionando y produciendo agua. Lo que realmente sucede es que el platino cambia el modo en que se produce la reacción. Las moléculas de hidrógeno reaccionan con los átomos superficiales del trozo de platino. Esta reacción rompe el enlace de los dos átomos (H-H) que forman la molécula de hidrógeno y forma dos grupos Pt-H. Y resulta que la energía necesaria para activar este proceso es insignificante. Del mismo modo que el oxígeno dificilmente reacciona con el hidrógeno molecular, resulta que lo hace muy fácilmente con los grupos Pt-H para formar agua, siendo también en este caso mínima la energía necesaria para activar la reacción. En el gráfico se representa el mecanismo de la reacción:

El hidrógeno reacciona en presencia de numerosos metales, especialmente del platino, formando hidruros con enlace covalente entre entre el metal y el hidrógeno. Estos hidruros reaccionan con facilidad con el oxígeno, formando diversas combinaciones en la superficie del metal para finalmente formar agua.

Muchas reacciones químicas en las que el hidrógeno es partícipe pueden acelerarse en presencia de platino, basando esa aceleración, en todos los casos, en la formación de grupos Pt-H.

La contaminacion provocada por los vehículos se reduce mediante catalizadores

En la década de los 70 el empeoramiento de la calidad del aire se estaba convirtiendo en un problema preocupante en las grandes ciudades. En urbes como Londres el problema venía de antes y estaba provocando graves complicaciones desde finales de la década de los 40: miles de personas murieron a causa de graves dificultades del aparato respiratorio. Con el objetivo de reducir esos perjuicios, los parlamentos comenzaron a promulgar leyes para promover la limpieza del aire y el agua. Una de las consecuencias de estas leyes fue la utilización de convertidores catalíticos en los tubos de escape de los vehículos a motor. El objetivo de estos aparatos era, principalmente, no dejar que pasaran al aire dos elementos nocivos:

1)Los hidrocarburos mal quemados en la combustión del motor y 2)Los óxidos de nitrógeno, que a la postre provocan la lluvia ácida

Los hidrocarburos son cadenas largas formadas por átomos de carbono e hidrógeno (C_nH_2n). Si éstos se quemaran en su totalidad, la reacción únicamente daría dióxido de carbono y agua. Lo mismo que hacemos nosotros cuando expiramos. Pero, desafortunadamente, los motores de los vehículos no son capaces de llegar a una combustión total y por los tubos de escape expulsan hidrocarburos no quemados que son muy perjudiciales para la salud.

La reacción ideal sería esta:

C_nH_2n+2 O₂ --------> CO₂ + H₂O

Por otra parte, el motor obtiene del aire el oxígeno necesario para la combustión, pero en éste, además de oxígeno, hay nitrógeno que, como consecuencia de las altas temperaturas existentes en el interior del motor, reacciona con el oxígeno y forma óxidos de nitrógeno. Éstos son expulsados al medio ambiente y en presencia de lluvia reaccionan con el agua y forman la lluvia ácida. Lo ideal sería que los óxidos NO ó NO₂ no salieran a la atmósfera, que fueran descompuestos previamente y que el oxígeno y el nitrógeno fueran expulsados por el tubo de escape de manera separada:

NO ó NO2 ------> N₂ + O₂

Para conseguir estas reacciones ideales, los gases resultado de la combustión que salen del motor se filtran mediante un convertidor catalítico. Allí suele haber realmente dos catalizadores: platino, que facilita la primera reacción y rodio, que acelera la reacción del nitrógeno.

La catálisis no siempre es conveniente

El ozono, O3, se forma en la alta atmósfera cuando se recombinan los átomos de oxígeno que previamente han sido disociados de las moléculas de oxígeno por los rayos ultravioletas que forman parte de la luz solar. Esta recombinación se produce en dos etapas:

O₂ + rayos ultravioletas -----> O (átomos)

O (átomos) + O₂ ------> O₃

El ozono presente en la alta atmósfera nos es de gran utilidad a los seres vivos, precisamente porque absorbe la radiación ultravioleta procedente del sol. La radiación ultravioleta es muy perjudicial para los seres vivos y, al menos en los humanos, provoca cáncer de piel.

En la década de los 70 los científicos descubrieron que los hidrocarburos que contienen cloro, como por ejemplo el gas freon utilizado en los aparatos de refrigeración, provocan la destrucción del ozono presente en la alta atmósfera. Por esa razón se decidió abandonar el uso de freones.

Ése es un ejemplo de una catálisis perjudicial. Esto es lo que ocurre cuando la luz solar incide sobre el gas Freon-12 (CF₂Cl₂) :

CF₂Cl₂ + radiación ultravioleta ------> CF₂Cl + Cl (átomo)

Este átomo de cloro(Cl) es un catalizador en la descomposición del ozono mediante los siguientes pasos:

Cl (átomo) + O₃ ------> ClO + O₂

ClO + O₃ ------> Cl (átomo) + 2 O₂

Cl (átomo) + O (átomo) -----> ClO

Los átomos Cl toman parte en la descomposición del ozono, pero quedan libres a la terminación del proceso. Esta es, precisamente, la característica principal de un catalizador: Éste no desaparece al terminar la reacción, ya que aunque toma parte en ella, vuelve a formarse a la terminación del proceso.