Perfiles de energía de reacciones de pasos múltiples

Consideremos una reacción con el siguiente  mecanismo de varios pasos. En el paso 1,   A reacciona con BC para formar AC + B, y en el  paso 2 AC reacciona con D para formar A + CD.   Si sumamos los dos pasos de nuestro mecanismo,  podemos encontrar la ecuación balanceada para   esta reacción hipotética, así que pondremos  todos nuestros reactantes en el lado izquierdo   y tendremos todos nuestros productos en el lado  derecho, y podemos ver que AC está tanto a la   izquierda como a la derecha, por lo que  podemos cancelarlo. A también está en el   lado izquierdo y en el derecho, así que podemos  cancelarla. Entonces la ecuación general sería:   nuestros reactantes BC + D y los productos  de nuestra reacción hipotética B + CD. Voy   a copiar esta ecuación y voy a borrar un poco de  lo que puse para que quede más claro. Muy bien,   pongo acá mi ecuación. Ya vimos que BC y D son  nuestros reactantes y B y CD son los productos de   esta reacción hipotética. Si miramos el mecanismo  A está al principio y A está al final, pero no es   un reactante ni un producto, por lo tanto debe ser  un catalizador. Otra cosa que no es un reactante   o un producto es AC. Observa cómo se generó AC  en el primer paso de nuestro mecanismo, y luego,   en el segundo paso, AC se agota, por lo tanto AC  debe ser el intermediario para esta reacción. A   continuación veamos el perfil energético de esta  reacción de varios pasos. Los perfiles de energía   suelen tener energía potencial en el eje y, y  el avance de la reacción en el eje x; entonces,   a medida que nos movemos hacia la derecha en el  eje x ocurre la reacción. Esta primera línea en   nuestro perfil de energía representa el  nivel de energía de nuestros reactantes,   que son BC y D, así que mostremos el enlace  entre BC. También tenemos presente a D, nuestro   catalizador también está presente al comienzo  de nuestras reacciones, así que dibujaré A por   encima de nuestros dos reactantes. Podemos ver en  nuestro perfil energético que tenemos dos colinas:   la primera colina corresponde al primer paso  del mecanismo, y la segunda colina corresponde   al segundo paso. Entonces el punto más alto  de la primera es el estado de transición para   el primer paso del mecanismo, y podemos ver  en el primer paso que el catalizador A está   colisionando con BC o reaccionando con BC para  formar nuestro intermediario AC. Entonces A debe   colisionar con BC, y en el estado de transición  el enlace entre BC se rompe, y al mismo tiempo   se forma el enlace entre A y C. También tendríamos  presente el reactante D en la cima de ésta colino,   así que dibujaré D aquí. Cuando A colisiona con  BC la colisión debe tener suficiente energía   cinética para superar la energía de activación  necesaria para que ocurra esta reacción, y en   ese perfil de energía la energía de activación  es la diferencia de energía entre los reactantes   y el estado de transición, el pico de la colina.  Entonces, esta diferencia de energía corresponde   a la energía de activación para el primer paso del  mecanismo que llamaremos Ea₁. Si suponemos que la   colisión tiene suficiente energía cinética para  superar la energía de activación, formaremos el   intermediario AC, y también formaremos B, así que  mostremos que se ha formado el enlace entre A y C.  Entonces, este valle aquí entre nuestras  dos colinas representa el nivel de energía   intermediario, también estaría presente B, así  que escribiré B aquí. Y luego todavía tenemos   algo de D presente, que todavía no ha reaccionado,  así que dibujaré D también. A continuación estamos   listos para la segunda colina o el segundo  paso de nuestro mecanismo. En el segundo   paso el intermediario AC reacciona con D para  formar A y CD, entonces la cima de esta segunda   colina sería el estado de transición para este  segundo paso. Podemos mostrar que el enlace entre   A y C se se rompe, y al mismo tiempo se está  formando el enlace entre C y D. La diferencia   de energía entre la energía del intermedio y la  energía del estado de transición, representa la   energía de activación para el segundo paso  del mecanismo que llamaremos Ea₂. Entonces   AC y D deben colisionar con suficiente energía  cinética para superar la energía de activación   para este segundo paso. Si AC y D colisionan con  suficiente energía cinética, produciríamos A y CD,   por lo que el final de esta línea representa el  nivel de energía de nuestros productos. CD es uno   de nuestros productos, así que lo escribiremos  aquí. Y recuerda que B es el otro producto que   formamos en el primer paso del mecanismo,  así que escribamos aquí B + CD, y también   volvemos a formar nuestro catalizador por lo que  A también estaría presente aquí. A continuación   comparemos la primera energía de activación Ea₁  con la segunda energía de activación Ea₂. Viendo   el perfil de energía, podemos ver que Ea₁ tiene  una energía de activación mucho mayor que Ea₂,   así que escribamos que Ea₁ > Ea₂, cuanto menor  sea la energía de activación más rápida será   la reacción. Y dado que hay una menor energía de  activación para el segundo paso, el segundo paso   debe ser el más rápido de los dos, dado que el  primer paso tiene la energía de activación más   alta, el primer paso debe ser lento en comparación  con el segundo paso, y ya que el primer paso del   mecanismo es el paso lento, el primer paso es el  paso que determina la velocidad. Voy a quitar esto   para que el diagrama quede más claro. Finalmente  busquemos el cambio general en la energía para   nuestra reacción. Para encontrar el cambio general  de energía, tenemos que ∆E, que es energía final   menos inicial, por lo que será la energía de los  productos menos la energía de los reactantes,   el nivel de energía de los productos está aquí,  y el nivel de energía de los reactantes está al   principio. Así que permíteme extender esta línea  discontinua aquí para que podamos comparar mejor   los dos. Al representar ∆E en un gráfico, sería  la diferencia de energía entre estas dos líneas,   y dado que la energía de los productos es mayor  que la energía de los reactantes, estaríamos   restando un número menor de un número mayor, y,  por lo tanto, ∆E sería positivo para esta reacción   hipotética, y dado que ∆E es positivo, sabemos  que esta reacción es una reacción endotérmica.