Catalizadores: ¿La piedra filosofal del siglo XX?

Por Sergio Fuentes y Gabriela Díaz

Los catalizadores pueden compararse con la piedra filosofal de los alquimistas, ya que permiten transformar el petróleo, si no en oro, sí en una serie de productos cotidianos indispensables, y aunque la acción del proceso catalítico no se limita a la aceleración de reacciones químicas y a la transformación del petróleo, es en este último campo donde ha tenido su principal aplicación. Se trata, además, de un fenómeno que es clara muestra de la unión que debe existir entre investigación científica y tecnológica.

• Idioma: Español
• Editorial: Fondo de Cultura Económica
• Fecha de lanzamiento: 4 abr 2019
• ISBN: 9786071638502

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I. Historia de la catálisis

DE LA EDAD DE LA PIEDRA A LA EDAD DEL ORO NEGRO

EN LA Edad Media los conocimientos relacionados con las transformaciones químicas eran manejados a nivel de magia y poderes sobrenaturales por un grupo de iniciados. En este entorno los iniciados o alquimistas observaron que la presencia de algunos elementos extraños en una mezcla hacía posible la obtención de algunos productos útiles al hombre. Al desconocer la naturaleza del fenómeno llegaron incluso a imaginar que podría haber alguna sustancia que cambiara los metales comunes como el plomo y el hierro en el metal más valioso hasta entonces conocido, el oro. A esta misteriosa sustancia nacida de la imaginación del hombre se le llamó la piedra filosofal. Al analizar su significado se puede deducir que el vocablo piedra posiblemente provino de la observación generalizada de que un mineral o sustancia sólida era el causante de los fenómenos observados. El vocablo filosofal es claramente calificativo de una concepción puramente imaginativa del fenómeno. Siglos pasaron en esta búsqueda sin que se lograra transformar más que el hierro en sulfuro de hierro (pirita), al que se le conoce como el oro de los tontos, por el brillo y color similares que este material tiene con el oro. El desconocimiento de los principios de la termodinámica clásica impidió a los alquimistas saber que intentaban llevar a cabo un proceso imposible de realizar.

La acumulación de experiencias y observaciones en este campo de las transformaciones casi mágicas llevó a la asimilación de estos fenómenos en una definición propuesta por Berzelius en 1836. La descripción textual del fenómeno es la siguiente:

Se ha probado que algunas sustancias simples o compuestas, solubles o insolubles, tienen la propiedad de ejercer sobre otras sustancias un efecto muy diferente al de la afinidad química. A través de este efecto ellas producen descomposición en los elementos de esas sustancias y diferentes recombinaciones de esos elementos, de los cuales ellas permanecen separadas[…] Esta nueva fuerza desconocida hasta hoy es común a la naturaleza orgánica e inorgánica. Yo no creo que sea una fuerza completamente independiente de las afinidades electroquímicas, por el contrario, es una nueva manifestación de esa afinidad. Sin embargo, como no podemos ver su conexión y mutua dependencia es más conveniente dar a esta fuerza un nombre separado. Yo la llamaré fuerza catalítica y llamaré a la descomposición de sustancias por esta fuerza catálisis, de manera similar que a la descomposición de sustancias por la afinidad se le llama análisis.

En contraste con la piedra filosofal que fue el sueño de los alquimistas, los catalizadores no pueden transmutar los metales baratos en oro, aun cuando llegan a producir materiales valiosos a partir de materia prima de poco valor.

La reacción catalítica más antigua promovida por el hombre es la fermentanción del vino, la cual, según análisis de textos antiguos, debió haber sido utilizada por primera vez alrededor de 5 000 años a.C. Esta reacción, tan única que puede ser considerada como una bendición de la naturaleza (o a la inversa para unos pocos), es una reacción de catálisis enzimática, en la cual la enzima zimasa transforma selectivamente los azúcares en alcohol. ¡Recuerde que la calidad depende de la enzima, y la cantidad, de usted!

Le sigue en edad de aplicación la hidrólisis de grasas animales para la manufactura de jabón, utilizando como catalizador las cenizas de la madera (ricas en óxido de potasio).*

En la Edad Media los alquimistas llevaban a cabo algunas reacciones catalíticas para producir compuestos como el ácido sulfúrico; sin embargo, no fue sino hasta principios del siglo XIX cuando ya hubo una generalización de los hechos:

A partir de los años 1939-1940, con la guerra vino la explotación masiva de los recursos petroleros. El crecimiento de esta industria en esos años estuvo ligado fundamentalmente al desarrollo de un catalizador, el catalizador de desintegración. Este proceso produce la ruptura de moléculas pesadas del petróleo en moléculas o fracciones más ligeras para su uso en gasolinas principalmente. Este catalizador ha sido mejorado a través del tiempo en varias ocasiones, siendo actualmente el más utilizado en la refinación del petróleo. En la actualidad se considera que de los procesos de transformación química del petróleo 90% son catalíticos. Hasta la fecha el desarrollo y mejoramiento tecnológico de los procesos del petróleo ha ido más rápido que la comprensión de los numerosos fenómenos que están involucrados en ellos. Esto hace que en algunos aspectos se considere que la catálisis** es una disciplina tecnológica y empírica, más que de investigación científica. Sin embargo, a partir de mediados de los años setenta el estudio de los fenómenos catalíticos ha crecido muy fuertemente, de manera que se puede considerar en la actualidad una rama de la