¿Cómo la química cambió el mundo?

34. Catálisis: de las enzimas a reactores químicos

Síntesis de amoníaco (NH₃): El amoníaco se utiliza principalmente en la producción de fertili zantes nitrogenados (como nitrato de amonio y urea), lo que ha permitido sostener la agricultura moderna y el crecimiento poblacional mundial. Además, tiene múltiples aplicaciones industriales: en la síntesis de explosivos (trinitrotolueno: TNT y nitroglicerina), plásticos, fibras sintéticas (como el nylon) y diversos productos de limpieza. El pro ceso se realiza con nitrógeno atmosférico (N₂) e hidrógeno (H₂). En condiciones normales, esta reacción es extremadamente lenta y, para hacer la viable a escala industrial, se emplea un catali zador heterogéneo de hierro (derivado de Fe₃O₄ reducido in situ a α-Fe ) junto con peque ñas cantidades de óxidos de potasio, alumi nio y calcio como promotores, lo que aumenta la eficiencia y la velocidad de la reacción. En la catálisis heterogénea, la reacción tiene lugar sobre la superficie del catalizador: en el proceso Ha

ber , por ejemplo, las moléculas de N₂ y H₂ se adsorben y disocian al entrar en contacto con la superficie metálica; no son átomos libres en el gas, sino especies adsorbidas (N*, H*). Una vez disociados, los átomos de N* y H* reaccio nan sobre el catalizador a través de intermedios superficiales (N* → NH* → NH₂* → NH₃*), y el NH₃ finalmente desorbe . La estequiometría global es (Hagen, 2015; Ertl et al., 2008):

N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃

Finalmente, herramientas computacionales y técnicas avanzadas están ayudando a elucidar mecanismos y diseñar catalizadores más selectivos y duraderos, incluyendo sistemas orien tados al aprovechamiento de la luz solar como fuente de energía química (Somorjai & Li, 2010; Artero et al., 2012).