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Lecciones de química
Curso: Lecciones de química > Unidad 17
Lección 3: Ecuación de Arrhenius y mecanismos de reacción- Teoría de las colisiones
- Ecuación de Arrhenius
- Formas de la ecuación de Arrhenius
- El uso de la ecuación de Arrhenius
- Teoría de colisiones y la distribución de Maxwell-Boltzmann
- Reacciones elementales
- Mecanismo de reacción y la ley de velocidad
- Mecanismo de reacción y la ley de velocidad
- La aproximación pre-equilibrio
- Perfiles de energía de reacciones de pasos múltiples
- Catalizadores
- Tipos de catalizadores
- Tipos de catalizadores
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Tipos de catalizadores
Los catalizadores pueden ser clasificados como homogéneos, heterogéneos o enzimáticos. Los catalizadores homogéneos existen en la misma fase que los reactantes, mientras que los catalizadores heterogéneos existen en una fase diferente que los reactantes. Las enzimas son catalizadores biológicos que aceleran las reacciones bioquímicas en los organismos, generalmente por varios órdenes de magnitud. Creado por Jay.
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Transcripción del video
Un catalizador acelera una reacción al reducir
la energía de activación. Y hay muchos tipos de catalizadores. Primero veremos las enzimas, que
son catalizadores biológicos. Digamos que esto representa nuestra enzima y el lugar donde ocurre
la reacción se llama sitio activo de la enzima, así que digamos que este es nuestro sitio activo.
La sustancia que reacciona en el sitio activo se llama sustrato, entonces, esta pequeña imagen con
2 triángulos juntos es el sustrato para nuestra reacción. En el siguiente paso, el sustrato se
une a la enzima en el sitio activo y cuando el sustrato se une puede producir cambios en la forma
del sitio activo para permitir una mejor unión. Aquí podemos ver cómo la forma del sitio activo
cambia ligeramente cuando el sustrato se une a él. Esta formación del complejo de enzimas sustrato
se denomina modelo de ajuste inducido: el sustrato interactúa con la enzima a través de interacciones
no covalentes en el sitio activo, como enlaces de hidrógeno o interacciones dipolo-dipolo.
Quizás algunas de estas interacciones no covalentes provocan un cambio en la densidad de
electrones que faciliten alcanzar el estado de transición para la reacción, por lo tanto, se
reduce la energía de activación y se acelera la reacción general. Después el vínculo entre los
dos triángulos se rompe y obtenemos nuestros dos puntos aquí, dos triángulos individuales, y
el sitio activo de la enzima vuelve a su forma original, listo para catalizar otra reacción. A
continuación hablemos de un catalizador homogéneo, que es un catalizador que está presente en la
misma fase que los reactivos en una mezcla de reacción. Así que veamos la hidrólisis de la
sacarosa para convertirla en glucosa y fructosa. A continuación esta reacción puede ser catalizada
por el ion hidronio H₃₀+, y dado que la sacarosa, nuestro reactivo es una solución acuosa, igual
que el ion hidronio, podemos decir que el ion hidronio es un catalizador homogéneo, y es una
fuente de protones para catalizar esta reacción de hidrólisis. Este es un dibujo de la molécula
de sacarosa, que es 1 disacárido compuesto por 2 monosacáridos, la glucosa está aquí a la
izquierda y la fructosa está aquí a la derecha, y estos 2 monosacáridos están unidos por un
enlace éter. Podemos ver esta conexión aquí: este oxígeno en nuestros 2 monosacáridos es
un enlace éter y los éteres son bastante no reactivos. Dado que los éteres generalmente no
son reactivos, la hidrólisis de la sacarosa es una reacción bastante lenta, y para acelerarlo
necesitamos agregar un catalizador ácido. Entonces, si agregamos un catalizador ácido y
tenemos iones hidronio en una solución acuosa, un sólo par de electrones en el oxígeno del éter
tomará este protón y estos electrones se moverán para formar agua. La protonación del oxígeno le da
una carga formal 1 positivo y permite que continúe un mecanismo catalizador por ácido. Hay más pasos
en el mecanismo, pero finalmente la sacarosa se descompone para formar glucosa y fructosa en
esta hidrólisis de sacarosa catalizada por un ácido. Las abejas melíferas en realidad tienen
la enzima para convertir la sacarosa, que es el azúcar de mesa, en glucosa y fructosa; y dado que
la fructosa es más dulce que la sacarosa, la miel es más dulce que el azúcar de mesa. Un catalizador
heterogéneo es un catalizador que está presente en una fase diferente de la de los reactivos en
una mezcla de reacción. Como ejemplo, veamos una reacción de hidrogenación. En esta reacción, el
eteno reacciona con el hidrógeno en una superficie de platino para formar etano. Ahora, dado que el
platino está en forma sólida y nuestros reactivos están en estado gaseoso, el platino es un ejemplo
de catalizador heterogéneo. Entonces, aquí en nuestra imagen, tenemos nuestra pieza de metal
platino que absorbe tanto a la molécula de eteno como al hidrógeno. A continuación, el enlace entre
los 2 átomos de hidrógeno se rompe y los 2 átomos de hidrógeno individuales se unen a la superficie
del metal platino. Finalmente estos 2 hidrógenos se suman a través del doble enlace del eteno
y forman las moléculas de etano C₂H₆, entonces la hidrogenación de eteno para formar etano es
catalizada por la presencia del metal platino.