Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Teoría de colisiones


La teoría de colisiones es un concepto fundamental en la cinética química, una rama de la química física que se ocupa de comprender las tasas de las reacciones químicas. Esta teoría proporciona un marco para predecir cómo diferentes variables afectan la velocidad de una reacción al centrarse en las interacciones entre las partículas de los reactivos. Al examinar estas interacciones, los científicos pueden obtener información sobre las condiciones necesarias para que ocurra una reacción. En esta discusión detallada, exploraremos los principios de la teoría de colisiones, los factores que afectan las tasas de reacción y ejemplos ilustrativos utilizando diagramas visuales y explicaciones textuales.

Fundamentos de la teoría de colisiones

El núcleo de la teoría de colisiones establece que para que ocurra una reacción, las partículas de los reactivos, es decir, átomos, moléculas o iones, deben chocar. Sin embargo, no todas las colisiones resultan en un cambio químico. Los siguientes requisitos previos deben cumplirse para una reacción exitosa:

  1. Frecuencia de colisiones: Cuantas más colisiones haya entre las partículas de los reactivos, mayor será la probabilidad de una reacción. Las concentraciones más altas de reactivos aumentan la probabilidad de colisiones.
  2. Orientación adecuada: Las partículas que chocan deben estar correctamente orientadas entre sí para formar un nuevo enlace. Si la orientación es incorrecta, las partículas simplemente colisionarán entre sí sin reaccionar.
  3. Energía suficiente: La energía cinética de las partículas que chocan debe ser igual o mayor que la energía de activación (Ea) necesaria para romper los enlaces e iniciar la reacción. Este umbral de energía es importante para superar la barrera energética de la reacción.

Energía de activación

La energía de activación es la energía mínima requerida para que ocurra una reacción química. Es como la barrera que las partículas de los reactivos deben cruzar para convertirse en productos. En términos gráficos, si observas una reacción en un diagrama de energía, la energía de activación es el pico entre los reactivos y los productos.

        Reactivos --( E_a )--> Productos

donde E_a es la energía de activación.

Factores que afectan la velocidad de reacción desde la perspectiva de la teoría de colisiones

Varios factores cambian la velocidad de las reacciones químicas al afectar la frecuencia, orientación o energía de las colisiones. Veamos estos factores en detalle:

1. Concentración de reactivos

Aumentar la concentración de los reactivos incrementa el número de partículas por unidad de volumen, lo que incrementa la frecuencia de las colisiones. Como resultado, esto incrementa la probabilidad de una colisión efectiva, acelerando la reacción.

2H_2 + O_2 → 2H_2O - Aumentar la concentración de gas hidrógeno o oxígeno incrementará las colisiones y hará que el agua se forme más rápidamente.

H2 O2

El aumento de la concentración resulta en más círculos azules y rojos, lo que indica colisiones más frecuentes de H2 y O2.

2. Temperatura

Aumentar la temperatura de la mezcla de reacción incrementa la energía cinética de las partículas de los reactivos. Mayor energía cinética significa que las partículas chocan más enérgicamente y con mayor frecuencia, superando así la energía de activación, un requisito clave para que las reacciones avancen.

Reacciones como la descomposición del peróxido de hidrógeno: 
2H_2O_2 → 2H_2O + O_2

Estos eventos ocurren más rápidamente a temperaturas más altas debido al aumento en las colisiones efectivas.

H2O2 O2 Alta temperatura

3. Presión

Si bien la presión afecta principalmente a las reacciones que involucran reactivos gaseosos, aumentar la presión disminuye el volumen, incrementando efectivamente la concentración. Esto resulta en colisiones que ocurren con más frecuencia.

Por ejemplo, en la síntesis de amoníaco mediante el proceso de Haber:

N_2(g) + 3H_2(g) ⇌ 2NH_3(g)

La alta presión favorece la reacción hacia adelante debido al aumento en la frecuencia de colisiones entre las moléculas de nitrógeno e hidrógeno.

N2 H2

La compresión causa que las colisiones entre N2 y H2 ocurran con más frecuencia.

4. Catalizador

Los catalizadores son sustancias que aumentan la velocidad de una reacción sin causar cambios permanentes en la propia sustancia. Funcionan al disminuir la energía de activación de la reacción, incrementando el número de partículas que tienen suficiente energía para reaccionar.

Considere la descomposición del peróxido de hidrógeno catalizada por iones de yoduro:

2H_2O_2(aq) → 2H_2O(l) + O_2(g)

La presencia de iones de yoduro facilita este proceso a una menor energía de activación.

        Sin activador:
        Reactivos -(alta E_a)-> Productos
        Con Activador:
        Reactivos -(baja E_a)-> Productos

5. Área de superficie

Para los reactivos sólidos, aumentar el área de superficie conduce a más colisiones. Los sólidos finamente pulverizados reaccionan más rápidamente que sus contrapartes a granel porque hay más área disponible para que ocurra la reacción.

La reacción entre carbonato de calcio y ácido clorhídrico es un ejemplo clásico de esto:

CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l) CaCO3 parte CaCO3 Polvo

Como se muestra, el gran área de superficie proporcionada por el carbonato de calcio en polvo conduce a reacciones rápidas.

Conclusión

La teoría de colisiones proporciona una vista comprensiva de los desafíos y condiciones necesarias para reacciones químicas exitosas. Al enfatizar la importancia de la frecuencia de colisión, la orientación adecuada y la energía suficiente, esta teoría contribuye a nuestra comprensión de cómo y por qué las reacciones avanzan a sus respectivas velocidades. Ajustes en la concentración, temperatura, presión, presencia de catalizadores y área de superficie pueden afectar significativamente las velocidades de reacción al cambiar la probabilidad y naturaleza de los encuentros entre partículas. Cada factor desempeña un rol diferente en alinear con los principios de la teoría de colisiones, convirtiéndola en un aspecto importante de la cinética química y la química física. A través de esta investigación detallada, obtenemos una comprensión más profunda de las dinámicas y complejidades presentes en los procesos químicos.


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