History
O termo catalysis (do grego kata-, “down,” e lyein, “loosen”) foi empregado pela primeira vez pelo grande químico sueco Jöns Jacob Berzelius em 1835 para correlacionar um grupo de observações feitas por outros químicos no final do século 18 e início do século 19. Estas incluíram a conversão aumentada de amido em açúcar por ácidos observada pela primeira vez por Gottlieb Sigismund Constantin Kirchhoff; as observações de Sir Humphry Davy de que a platina apressa a combustão de uma variedade de gases; a descoberta da estabilidade do peróxido de hidrogénio em solução ácida mas a sua decomposição na presença de álcali e metais como o manganês, prata, platina e ouro; e a observação de que a oxidação do álcool em ácido acético é realizada na presença de platina finamente dividida. Os agentes promotores dessas várias reações foram denominados catalisadores, e Berzelius postulou uma força catalítica especial desconhecida para operar em tais processos.
Em 1834 o cientista inglês Michael Faraday examinou o poder de uma placa de platina para realizar a recombinação de hidrogênio e oxigênio gasoso (os produtos da eletrólise da água) e o retardo dessa recombinação pela presença de outros gases, como o etileno e o monóxido de carbono. Faraday manteve que essencial para a atividade era uma superfície metálica perfeitamente limpa (na qual os gases retardadores podiam competir com os gases reagentes e assim suprimir a atividade), um conceito que mais tarde se mostraria geralmente importante na catálise.
Muitas das artes técnicas primitivas envolviam aplicações inconscientes da catálise. A fermentação do vinho ao ácido acético e a fabricação de sabão a partir de gorduras e alcalóides eram bem conhecidas na história inicial do homem. O ácido sulfúrico preparado pela queima de misturas de enxofre e nitro (nitrato de sódio) foi um precursor do processo de fabricação de ácido sulfúrico em câmara de chumbo, no qual a oxidação do dióxido de enxofre era acelerada pela adição de óxidos de nitrogênio. (Um mecanismo para este último processo foi sugerido por Sir Humphry Davy em 1812 com base em experimentos realizados por outros.)
Em 1850 o conceito de velocidade de reação foi desenvolvido durante estudos de hidrólise, ou inversão, do açúcar de cana. O termo inversão refere-se à mudança de rotação sofrida pela luz monocromática ao passar pelo sistema de reação, parâmetro que é facilmente medido, facilitando assim o estudo da reação. Verificou-se que, a qualquer momento, a taxa de inversão foi proporcional à quantidade de açúcar de cana em transformação e que a taxa foi acelerada pela presença de ácidos. (Posteriormente foi demonstrado que a taxa de inversão foi diretamente proporcional à força do ácido). Este trabalho foi em parte o precursor de estudos posteriores da velocidade de reação e da influência aceleradora da temperatura mais alta nessa velocidade por J.H. van ‘t Hoff, Svante Arrhenius e Wilhelm Ostwald, todos eles desempenhando papéis de liderança no desenvolvimento da ciência da físico-química. O trabalho de Ostwald sobre velocidades de reacção levou-o, nos anos 1890, a definir os catalisadores como substâncias que alteram a velocidade de uma dada reacção química sem modificar os factores energéticos da reacção.
Esta afirmação de Ostwald foi um avanço memorável uma vez que implicava que os catalisadores não alteram a posição de equilíbrio numa reacção. Em 1877 Georges Lemoine tinha mostrado que a decomposição do ácido hidríodico em hidrogênio e iodo atingia o mesmo ponto de equilíbrio a 350 °C (660 °F), 19 por cento, quer a reação fosse realizada rapidamente na presença de esponja de platina ou lentamente na fase gasosa. Esta observação tem uma consequência importante: um catalisador para o processo de avanço numa reacção é também um catalisador para a reacção inversa. P.E.M. Berthelot, o ilustre químico francês, confirmou esta observação em 1879 com sistemas líquidos, quando descobriu que a reação de ácidos orgânicos e álcoois, chamada esterificação, é catalisada pela presença de pequenas quantidades de um ácido inorgânico forte, assim como o processo reverso, a hidrólise de ésteres (a reação entre um éster e água).
A aplicação deliberada de catalisadores em processos industriais foi realizada no século XIX. P. Phillips, um químico inglês, patenteou o uso da platina para oxidar o dióxido de enxofre ao trióxido de enxofre com ar. Seu processo foi empregado durante algum tempo, mas foi abandonado devido à perda de atividade pelo catalisador de platina. Os venenos nos reagentes foram posteriormente encontrados como responsáveis, e o processo tornou-se um sucesso técnico na virada do século 20. Em 1871 foi desenvolvido um processo industrial para a oxidação do ácido clorídrico em cloro na presença de sais cúpricos impregnados em tijolo de argila. O cloro obtido era empregado no fabrico de pó branqueador (uma substância seca que liberta cloro no tratamento com ácido) por reacção com cal. Novamente, nesta reação, observou-se que o mesmo equilíbrio foi alcançado em ambas as direções. Além disso, verificou-se que quanto mais baixa a temperatura, maior o teor de equilíbrio do cloro; uma temperatura de trabalho de 450 °C (840 °F) produziu a quantidade máxima de cloro em um tempo conveniente.
Para o final do século XIX, os estudos clássicos do eminente químico francês Paul Sabatier sobre a interação do hidrogênio com uma grande variedade de compostos orgânicos foram realizados utilizando vários catalisadores metálicos; esta pesquisa levou ao desenvolvimento de uma patente alemã para a hidrogenação de gorduras líquidas insaturadas a gorduras sólidas saturadas com catalisadores de níquel. O desenvolvimento de três importantes processos catalíticos alemães teve grande impacto na indústria no final do século 19 e nas primeiras décadas do século 20. Um deles foi o chamado processo de contato para a produção catalítica de ácido sulfúrico a partir do dióxido de enxofre produzido pelas operações de fundição. Outro era o método catalítico para a produção sintética do valioso índigo corante. O terceiro foi a combinação catalítica de nitrogénio e hidrogénio para a produção de amoníaco – o processo Haber-Bosch para fixação de nitrogénio – desenvolvido pelos químicos Fritz Haber e Carl Bosch.