No hace demasiados años, todos los que tenían coches a gasolina se vieron obligados a instalar un catalizador para poder utilizar la nueva gasolina sin plomo. Es una especie de caja cuadrada, que va debajo del coche en medio del tubo de escape. Nos dijeron que su utilidad era reducir la contaminación… ¿Pero qué es un catalizador, y cómo funciona?
En general, un catalizador es una substancia que altera la velocidad a la que se producen las reacciones químicas. Puede hacerlas más lentas (en cuyo caso, hablaríamos de un inhibidor), pero lo normal es que utilicemos catalizadores para acelerarlas. De hecho, algunas reacciones son tan lentas que a la práctica no se producirían sin la presencia de un catalizador.
Para entender como funciona todo esto, vamos a hurgar un poco en la estructura de la materia.
A estas alturas, la mayoría sabemos que absolutamente todo lo que nos rodea está formado por átomos. Hay 118 tipos de átomos diferentes conocidos en la tabla periódica, aunque no todos ellos están presentes en la naturaleza (de hecho, la producción en laboratorio por primera vez del elemento número 117 fue publicada en abril de este año; hasta entonces había un hueco en la tabla).
Normalmente los átomos no van solos, sino que se unen formando agrupaciones que llamamos moléculas. Una molécula puede ser tan simple como contener sólo dos átomos (como el monóxido de carbono), o tan compleja como millones y millones de átomos (como el ADN). Por hacer una comparación cutre, un átomo es similar a un bloque de construcción de plástico, que se puede juntar con otros para formar estructuras más complicadas.
Los átomos que forman una molécula pueden separarse y volverse a unir para formar moléculas diferentes. Esto es lo que llamamos reacción química. Cuando esto pasa, las moléculas iniciales (llamadas reactivos) son despiezadas, y sus átomos se reagrupan para formar nuevas moléculas (llamadas productos).
Si miramos desde lejos, de forma que no podemos distinguir la composición de cada molécula, lo que vemos es que las substancias reactivas iniciales desaparecen para dar lugar a nuevas substancias, los productos.
Un catalizador es diferente. Es una substancia que interviene en la reacción, pero que no desaparece. Y debido a que sigue ahí, se puede seguir utilizando indefinidamente, nunca se gasta. ¿Cómo es posible?
Las reacciones con catalizador ocurren en varios pasos (en realidad, casi todas las reacciones químicas ocurren en muchas etapas, pero eso es otra historia). Veamos un ejemplo extremadamente sencillo, esquematizado en el diagrama anterior.
En el primer paso, el catalizador, C, reacciona con uno de los reactivos, A. Durante esta primera reacción, el catalizador desaparece, y se produce una molécula intermedia, que llamaremos X. Esquemáticamente, A + C → X.
En el segundo paso, la molécula intermedia reacciona con otra de las substancias presentes inicialmente, B. Esta segunda reacción se vuelve a producir una molécula de catalizador, además de otros productos, Z. Es decir, el catalizador ha reaparecido, X + B → C + Z.
Si miramos desde lejos, será como si nunca hubiera reaccionado. La reacción neta, vista desde lejos, es A + B → Z; parece que el catalizador no ha intervenido. Sin embargo, su presencia es vital; si no estuviera presente, el primer paso nunca se habría desarrollado.
En la realidad, por supuesto, todo es mucho más complicado. Las reacciones pueden constar de muchísimos pasos, en los que se crean una variedad de moléculas intermedias. El resultado final, sin embargo, es el mismo: las substancias iniciales han desaparecido para formar otras, dando la apariencia que el catalizador no ha participado en la reacción. Pero, sin él, la reacción sería imposible (o mucho más lenta).
Intentaré poner una analogía muy sencilla para que lo entendáis aún mejor. Imaginad que en cada mano tenéis dos pelotas, una azul y otra amarilla. Vuestro objetivo es separar las bolas por colores; por ejemplo las dos azules en la mano derecha, y las amarillas en la izquierda. Podéis intentar hacer el cambio directamente, pero seguramente será lento, habrá que mover los dedos cuidadosamente para sujetar las canicas necesarias.
Mucho más sencillo es pedir a un amigo que os eche una mano aguantando las bolas azules. Mientras las sostiene, juntáis las dos amarillas en vuestra mano izquierda, dejando la diestra libre para volver recuperar las pelotas azules. Al principio y al final de todo el proceso, la mano de vuestro amigo estará vacía. Si alguien no ha visto los detalles de la maniobra, pensará que el ayudante no ha participado. Pero al ayudar en un paso intermedio, ha permitido que el proceso sea más rápido. Es decir, ha actuado de catalizador.
Volvamos al caso del catalizador de nuestros coches. La finalidad del catalizador (formado por metales preciosos platino, rodio y paladio) es favorecer las reacciones que convierten substancias muy peligrosas para el medio ambiente en que no lo son tanto.
Sin embargo, para que este proceso sea eficiente y seguro, es necesario que la composición del gas que sale del motor sea la correcta. Si la composición no es la deseada, las reacciones no serán óptimas y el coche contaminará demasiado. Además, pueden producirse otras reacciones químicas no deseadas, que dañen el catalizador en si.
De hecho, esta es una de las causas más frecuentes por la que los coches no superan la ITV. En un próximo artículo, hablaremos un poco sobre este tema.
Fotos | Podknox, Jaume, Ravel
