Ciências da Natureza Química

Catalisadores: o que são e exemplos de como funcionam

A principal função dessas substâncias é acelerar a velocidade de uma reação. Aqui, explicamos como elas atuam e, especialmente, de que maneira estão presentes no Enem e nos vestibulares

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Quando pensamos em catalisadores, logo vêm à mente reações química complexas e muito específicas, mas a verdade é que eles estão no nosso dia a dia! A catalase, enzima presente no sangue (e também nas batatas, acredite ou não), e que tem como função acelerar a decomposição o peróxido de hidrogênio (H2O2) é um exemplo de catalisador.

Mas o que são catalisadores? O que eles fazem? Como funcionam? Aparecem nas questões do Enem? Venha descobrir a resposta para essas e outras perguntas!

O que são catalisadores?

Os catalisadores são substâncias que aceleram a velocidade de uma reação. Vamos explicar: uma reação leva 1 hora para acontecer, porém, ao adicionarmos a substância Y, ela acontece em apenas 15 minutos. Os mesmo produtos são formados, nada se altera, apenas a velocidade que a reação ocorre. Isso significa que a substância Y é um catalisador.

Como atuam as substâncias catalisadoras?

Os catalisadores aumentam a velocidade das reações, mas esse aumento é possível por causa de sua real função, que é diminuir a energia de ativação da reação. Ao diminuir a energia de ativação, aumenta-se a velocidade da reação.

Energia de ativação

Uma reação química ocorre quando as moléculas do reagente colidem, ou seja, literalmente batem umas nas outras, com energia, posição e orientação corretas. Após a colisão entre as partículas dos reagentes, para que ocorra reação química é necessário que sejam rompidas as ligações químicas.

Nesse caso, é importante ter energia suficiente, a chamada energia de ativação, responsável por tornar a colisão efetiva. A energia dos choques das moléculas precisa ser igual ou superior à energia de ativação.

Sendo assim, quando as moléculas colidem com energia superior à energia de ativação e nas posições e orientações corretas, as ligações químicas dos reagentes são rompidas para se formar os produtos. Chamamos esse tipo de colisão de colisão efetiva.

efeito da orientação da colisão para ocorrer uma reação química
Teoria das colisões: efeito da orientação da colisão para ocorrer uma reação química

Além disso, é muito importante saber que os catalisadores não são consumidos durante a reação. Eles participam da reação apenas na diminuição da energia de ativação, sendo integralmente recuperados ao final da reação!

efeito dos catalisadores na energia de ativação das reações químicas
Efeito dos catalisadores na energia de ativação das reações químicas

Tipos de catalisadores e catálise

Existem alguns tipos mais comuns de catalisadores e catálises, vamos conhecê-los:

Catálise homogênea

Nesse tipo de catálise, temos tanto o catalisador quanto os reagente do mesmo estado físico e misturados, ou seja, apenas uma fase. Sendo assim, se os seus reagentes forem gases, o seu catalisador também tem que ser um gás.

Atenção: apesar de na catálise homogênea o catalisador e os reagente estarem na mesma fase, o catalisador não é consumido e continua sendo recuperado no fim da reação!

Catálise heterogênea

Na catálise heterogênea, o catalisador e os reagentes estão em fases diferentes, ou seja, forma-se um sistema bifásico. Isso significa que, se os reagentes são líquidos, o catalisador pode ser sólido.

Catálise enzimática: enzimas — catalisadores biológicos

Por fim, mas não menos importante, temos a catálise enzimática. Como o próprio nome diz, trata-se de uma catálise promovida por enzimas.

Muitas vezes, estudando química, esquecemos de suas aplicações no cotidiano! As enzimas, que estudamos na Biologia, são catalisadores. Isso mesmo, elas têm a mesma função de qualquer outro catalisador: diminuir a energia de ativação de uma reação, resultando no aumento da sua velocidade.

As enzimas são responsáveis por catalisar milhares de reações químicas que constituem o
metabolismo celular. Além disso, são proteínas, portanto, sua produção está subordinada ao controle do DNA. É por meio da produção de enzimas específicas que o DNA comanda todo o metabolismo celular.

Quando o catalisador é uma enzima, chamamos os reagentes de substratos. O nome de uma enzima pode indicar o tipo de reação catalisada (hidrolase, transaminase, desidrogenase etc.) ou o substrato sobre o qual ela atua (amilase, protease, lipase etc.).

As enzimas atuam oferecendo às moléculas dos substratos um local para aderirem, que é onde a reação irá se processar - o chamamos de centro ativo.

A ligação entre o substrato e o centro ativo é muito precisa e específica. A estrutura do centro ativo depende da configuração espacial da enzima. Alterações na estrutura tridimensional da enzima podem torná-la inativa por impedir o encaixe do substrato no centro ativo. Assim, a ligação da enzima com seu substrato tem grande especificidade.

Funcionamento de uma enzima sobre um substrato--

Catalisadores no Enem e nos vestibulares

É comum a presença de questões que tragam uma reação química e indaguem qual dos componentes é o catalisador. Outros exercícios pedem a função do catalisador, então é preciso estar na ponta da língua a informação que eles diminuem a energia de ativação da reação, possibilitando que a reação ocorra mais rapidamente.

Exercício

(Enem 2022)  A biomassa celulósica pode ser utilizada para a produção de etanol de segunda geração. Entretanto, é necessário que os polissacarídeos sejam convertidos em mono e dissacarídeos, processo que pode ser conduzido em meio ácido, conforme mostra o esquema:

enem biomassa questão catalisadores

Nessa conversão de polissacarídeos, a função do íon H+ é

a) dissolver os reagentes.

b) deslocar o equilíbrio químico.

c) aumentar a velocidade da reação.

d) mudar a constante de equilíbrio da reação.

e) formar ligações de hidrogênio com o polissacarídeo.

Resposta: [C]
Podemos observar que o íon H+ encontra-se nos reagente, mas também está presente nos produtos. Isso significa que se trata de um catalisador. Como vimos, os catalisadores diminuem a energia de ativação, aumentando a velocidade das reações.

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Júlia da Silva Cardoso

Bacharel em Química pela UFSC e colaboradora no blog do Aprova Total.

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