Catalizadores biológicos PDF

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Descrição sobre o que são catalizadores biológicos, como funcionam, exemplos e sua importância para o organismo....

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Catalizadores Um catalisador é uma substância capaz de acelerar a velocidade em que se processam determinadas reações químicas sem sofrer alterações, ou seja, não é consumido, mas regenera-se completamente no final. A água oxigenada (solução aquosa de peróxido de hidrogênio — H2O2), por exemplo, sofre uma decomposição bem lenta em condições ambientes, formando o gás oxigênio e a água, conforme a equação química a seguir:

2 H2O2 → 2 H2O + 1 O2 Essa reação é acelerada quando a água oxigenada é colocada sobre algum machucado. Isso pode ser visto por meio das bolhas que se formam pela formação intensa do gás oxigênio. O que aumentou a velocidade dessa reação? Um catalisador biológico, também chamado de biocatalisador, que é uma enzima presente no sangue denominada catalase. A reação que ocorre na presença de um catalisador é chamada de catálise. Nas equações químicas que representam essas reações, o catalisador é indicado através de uma seta, tendo em vista que ele não participa nem como reagente nem como produto. O processo de fabricação da amônia, que é chamado de Haber-Bosch, usa o ferro como catalisador. Além dele, também são usados o óxido de potássio e o óxido de alumínio que ativam a ação catalítica do ferro. Assim, observe como essas substâncias aparecem na equação a seguir e como elas realmente não participam da reação, apenas aceleram o processo:

Processo de Haber-Bosch de fabricação da amônia

Isso nos mostra que o uso de catalisadores é muito importante principalmente para as indústrias, pois viabiliza processos que demorariam muito para serem realizados. É importante entender que as substâncias catalisadoras não aumentam a quantidade de produto da reação, apenas aceleram o processo. Mas surge a pergunta: como os catalisadores aumentam a velocidade das reações? Eles conseguem isso porque trocam o mecanismo pelo qual a reação se processa, ou seja, eles formam um “caminho” alternativo para que a reação ocorra com uma energia de ativação menor. Digamos, por exemplo, que a seguinte reação genérica ocorra sem o uso de catalisadores: A2 + B2 → 2 AB Assim como ocorre com toda reação, essa também será realizada somente se os reagentes atingirem a energia de ativação, que é a energia mínima para que se forme o complexo ativado, uma estrutura intermediária e instável entre os reagentes e os produtos.

Formação de complexo ativado em reação química genérica

A seguir há um gráfico que ilustra esse processo. Veja como a energia de ativação tem um valor elevado na formação do complexo ativado e como ela funciona como uma espécie de obstáculo para que a reação ocorra:

Gráfico com energia de ativação em reação sem catalisador

Agora se usarmos um catalisador “C” para a realização dessa reação genérica, ele combinar-se-á com um dos reagentes, formando o composto intermediário que, por sua vez, transformar-se-á no produto esperado, e o catalisador será regenerado. Isso acontece, por exemplo, da seguinte forma: A2 + B2 → 2 AB 1ª etapa: A2 + C → A2C (composto intermediário) 2ª etapa: A2C + B2 → 2 AB + C (produto) (catalisador) Quando a reação se processa por esse caminho, a energia de ativação é menor, como mostra o gráfico a seguir:

Gráfico de reação com catalisador

Quanto menor é a energia de ativação, maior é a velocidade da reação e vice-versa. É assim que os catalisadores atuam, eles conseguem aumentar a velocidade das reações porque permitem que elas ocorram com uma menor energia de ativação.

É importante lembrar também que o catalisador não altera o valor do ?H (variação de entalpia) e que, se a reação for reversível, ele diminuirá a energia de ativação tanto da reação direta quanto da inversa, provocando o aceleramento das reações em ambos os sentidos.

O mecanismo geral da catálise Os químicos chamam de catálise ao fenômeno do qual participa um catalisador. Na catálise, o aumento da velocidade é explicado pelo fato de o catalisador gerar um caminho alternativo para que a reação ocorra com menor consumo de energia. Em outras palavras, o catalisador torna a reação mais fácil. Lembrando que a energia de ativação é um obstáculo para a ocorrência da reação, fica evidente o principal papel do catalisador: ele facilita a reação porque diminui a energia de ativação. Basicamente, a catálise pode ser classificada em:  

Catálise homogênea – todas as substâncias da reação se encontrem no mesmo físico, formando um conjunto homogêneo. Sistemas gasosos catalisados por um gás são exemplos de catálise homogênea. Catálise heterogênea – o sistema em reação se encontra num estado físico diferente do catalisador. Em geral, a catálise heterogênea ocorre quando uma reação entre líquidos ou gases é catalisada por uma substância sólida.

Entre os principais tipos de catalisadores podemos destacar: Enzimas – catalisadores biológicos, que aceleram importantes reações do metabolismo de seres vivos. Um exemplo de enzima é a ptialina (ou amilase salivar) presente na saliva, que catalisa a hidrólise de moléculas de amido. Certos produtos de limpeza também contêm enzimas que facilitam a quebra de moléculas de substâncias responsáveis pelas manchas em tecidos. Metais – principalmente os metais de transição, como platina (Pt), cobalto (Co), níquel (Ni), paládio (Pd), entre outros. Ácidos – os íons H+ são catalisadores de diversas reações na Química Orgânica, como, por exemplo, a reação de sacarose com água, que produz moléculas de glicose e frutose. Bases – as hidroxilas também agem como catalisadores. Óxidos metálicos – como, por exemplo, Al2O3, C2O3, V2O5, etc.

A catálise é uma alternativa bastante viável à indústria química. Pequenas quantidades de catalisadores podem ser utilizadas várias vezes, o que torna o processo mais barato. A fabricação de plástico e de produtos de borracha são exemplos de processos nos quais são utilizados catalisadores. Outro bom exemplo de reação catalítica é a que ocorre com a camada de ozônio. A destruição da camada de ozônio é causada por reações catalisadas por compostos orgânicos fluorados (clorofluorcarbonos ou CFC), presentes em sprays, geladeiras e ar condicionado. Além de permitirem a produção do amoníaco, os catalisadores entram em muito outros processos industriais. Por meio de um catalisador de platina-ródio pode-se oxidar o amoníaco para obter o ácido nítrico e este é um processo muito importante para a fabricação de adubos. O petróleo é uma matéria-prima, a partir da qual, e por métodos catalíticos, se obtêm fibras, borrachas sintéticas e plásticos. Por ano, fabricam-se milhões de toneladas de produtos graças aos catalisadores. As medidas de proteção do ambiente aumentaram os campos de aplicação dos catalisadores, com os quais se transformam certos gases industriais nocivos noutros que, sendo mais inócuos, se podem libertar para a atmosfera. Todos temos conhecimento da aplicação de catalisadores nos tubos de escape dos motores de combustão para converter o monóxido de carbono e o óxido de azoto, em dióxido de carbono e hidrogénio puro. Além de metais e óxidos metálicos, existem diversos tipos de catalisadores, como sejam os ácidos ou compostos orgânicos.

Outro tipo de catalisadores que existem nos seres vivos são as enzimas. Os alimentos que consumimos são constituídos por nutrientes e estes necessitam de se decompor em moléculas mais pequenas para que possam ser assimiladas pelo nosso organismo. Estas reações químicas são aceleradas por catalisadores cuja natureza química é a de uma enzima. As enzimas têm uma particularidade que não se encontra nos catalisadores inorgânicos: cada enzima intervém só, e de uma de forma específica, numa única reação química. Esta especificidade pode imaginar-se como se as enzimas tivessem, na sua superfície, uma espécie de moldes, de forma característica e determinada, e só as moléculas que se adaptam exatamente a eles, serão afetadas pela enzima. Esta grande diferenciação de cada enzima numa reação química é de grande importância para a vida. O homem ingere e digere alimentos de composição química semelhante à dos tecidos do seu próprio organismo. Se as enzimas não pudessem diferenciar umas substâncias das outras, destruiriam os tecidos do organismo. Na indústria, os catalisadores são muito importantes, pois eles fazem reações químicas durarem minutos ou poucas horas, enquanto na ausência de catalisadores, a reação poderia ocorrer em anos. O catalisador possibilita que reações ocorram em tempo hábil de uso pelo homem. Os principais catalisadores utilizados na indústria ou em laboratórios são metais de transição, óxidos ou sais metálicos, ácidos e bases, além das enzimas, que são proteínas. Há também uma espécie que atua de forma contrária aos catalisadores, que são os retardantes ou retardadores de velocidade de reações. Os retardadores são utilizados para diminuir a rapidez de reações que ocorrem de forma instantânea, impossibilitando o seu estudo ou até mesmo direcionando a reação para outros produtos. Será que se misturarmos óleo de soja, água e sal por algumas horas formará margarina? Certamente não formará margarina, mesmo deixando os componentes em agitação por anos. No entanto, a combinação dos componentes pode se transformar em margarina, desde que utilize catalisadores para promover a reação, que ocorrerá em apenas alguns minutos. Assim, a importância dos catalisadores não se demarca apenas pela baixa rentabilidade das outras opções a recorrer para aumentar a velocidade de uma reação, mas também pelas suas inúmeras vantagens: •

Tornam viáveis reações termodinamicamente favoráveis mas onde o equilíbrio químico não se estabelece em tempo economicamente aceitável;

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Envolvem menor dispêndio de energia (menores pressões e temperaturas);

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Permitem maior seletividade nos produtos obtidos;

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Produzem menor quantidade de resíduos;

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Traduzem-se numa maior economia atómica.

De maneira a solucionar alguns dos problemas mais graves da sociedade atual, os catalisadores adquirem um papel muito importante, o que se verifica nas seguintes situações: •

Industria e Economia: - Necessidade de equilíbrio entre a produção industrial e o ambiente; - Produção de energia mais económica; - Otimização dos custos de produção.

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Ambiente e Poluição: - Otimização da utilização para os combustíveis; - Produção de combustíveis mais sustentáveis;

- Redução das emissões de CO2 (dióxido de carbono) e de outros gases que entram na composição dos gases de efeito de estufa;...