catalisi

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Quando le reazioni chimiche fanno lo sprint

Alcune sostanze hanno la capacità di accelerare, o anche di rallentare, la velocità di svolgimento delle reazioni chimiche pur non prendendovi parte, ovvero non si trasformano durante la reazione stessa. Queste sostanze si chiamano catalizzatori e il fenomeno cui danno luogo è detto catalisi

Compito da veri specialisti

I catalizzatori rendono più veloci reazioni chimiche che altrimenti richiederebbero per realizzarsi molto più tempo o condizioni fisiche ‒ come la temperatura ‒ diverse. I catalizzatori sono efficaci anche se presenti in quantità minime rispetto ai reagenti della reazione, e generalmente sono molto specifici. In altre parole una sostanza che funge da catalizzatore per una determinata reazione chimica resta completamente inerte e inattiva in altre.

Si distinguono vari tipi di catalisi, in particolare la catalisi omogenea e quella eterogenea, a seconda che il catalizzatore sia nello stesso stato fisico o meno delle sostanze che reagiscono. Per esempio, se in una reazione chimica abbiamo due gas reagenti e un catalizzatore anch'esso gassoso avremo una catalisi omogenea. Se, come più spesso avviene, il catalizzatore è presente allo stato solido e i reagenti sono gas o liquidi, la catalisi è eterogenea.

Il meccanismo essenziale nel funzionamento dei catalizzatori consiste nell'abbassare il livello energetico necessario per quella particolare reazione chimica: vale a dire, che in presenza di un catalizzatore la quantità di energia necessaria perché la reazione chimica avvenga è minore e quindi la reazione avviene più facilmente e più velocemente. Un esempio classico è rappresentato dalla reazione fra idrogeno e ossigeno. In condizioni normali di temperatura e pressione fra questi due elementi non avviene alcuna reazione. Se però si introduce un composto del palladio (un metallo simile al platino) nel contenitore in cui vi sono i due gas, immediatamente essi si combinano per formare l'acqua.

Alleati dell'industria e dello… stomaco

I catalizzatori sono di importanza fondamentale nella produzione industriale, dove se ne conoscono e se ne usano a migliaia. Vengono utilizzati, per esempio, per produrre ammoniaca e praticamente tutte le materie plastiche. Il nostro stesso organismo è sede di continue reazioni chimiche in cui la catalisi gioca un ruolo fondamentale. Quando mangiamo una mela, per esempio, nel nostro stomaco avvengono complessi processi chimici in cui gli acidi gastrici che abbiamo nello stomaco 'smontano' il cibo e lo riducono a sostanze assimilabili dall'organismo. Queste reazioni chimiche non potrebbero avvenire, o quanto meno avverrebbero in tempi molto superiori e non utili alle nostre funzioni, se non avessimo a disposizione nel processo di digestione anche alcuni catalizzatori particolarmente energici e specifici, chiamati enzimi, che rendono molto veloci le varie reazioni chimiche nel nostro stomaco.

Un esempio particolare di catalisi è rappresentato dalla formazione di una patina scura che una collana o un anello d'oro, portati a contatto con il corpo, lasciano a volte sulla pelle, conseguenza dell'azione di catalizzatori presenti nel sudore.

La marmitta catalitica

La gran parte dei mezzi con cui ci muoviamo e trasportiamo le merci funziona grazie ai motori a scoppio. Nel caso dei motori a benzina, utilizzati nella maggioranza delle automobili, i gas di scarico del processo di combustione contengono sia molecole innocue, come l'acqua (H₂O), sia tossiche, come il monossido di carbonio (CO) e gli idrocarburi non completamente bruciati. Per eliminare queste sostanze inquinanti, o almeno per ridurle, si utilizzano marmitte in cui si sfrutta appunto il fenomeno della catalisi. In queste particolari marmitte un elemento di ceramica viene ricoperto con un sottile strato di metalli catalizzatori, come il palladio o il platino. I gas di scarico del motore vengono fatti passare attraverso questo elemento, che ha una struttura a nido di ape.

Grazie alla presenza dei catalizzatori metallici avvengono reazioni chimiche che trasformano gran parte degli agenti inquinanti in composti innocui, come azoto (N₂), anidride carbonica (CO₂) e acqua (H₂O).