Pregrado
  1. Química general  1.1. Introducción a la Química  1.2. Estructura atómica  1.2.1. Partículas subatómicas  1.2.2. Modelo Atómico  1.2.3. Números cuánticos  1.2.4. Configuración Electrónica  1.2.5. Tendencias periódicas  1.2.6. Isotopes and their applications  1.3. Enlace químico  1.3.1. Enlace iónico  1.3.2. Enlaces covalentes  1.3.3. Enlace Metálico  1.3.4. Hibridación  1.3.5. Geometría molecular y teoría VSEPR  1.3.6. Polaridad del enlace y momento dipolar  1.4. Estequiometría  1.4.1. Concepto de mol  1.4.2. Fórmula empírica y molecular  1.4.3. Reactante limitante y reactante en exceso  1.4.4. Porcentaje de Rendimiento y Pureza  1.4.5. Cálculo de dilución  1.5. Estados de la materia  1.5.1. Leyes de los Gases  1.5.2. Materia y Fuerzas Intermoleculares  1.5.3. Estructuras Sólidas y Cristalinas  1.5.4. Diagrama de fases  1.5.5. Plasma y fluido supercrítico  1.6. Reacciones químicas  1.6.1. Tipos de Reacciones Químicas  1.6.2. Balanceo de ecuaciones químicas  1.6.3. Reacciones termoquímicas  1.6.4. Perfiles de energía de reacción  1.7. Soluciones y mezclas  1.7.1. Unidades de concentración  1.7.2. Propiedades del síndrome  1.7.3. Solubilidad y Reglas de Solubilidad  1.7.4. La ley de Henry y la ley de Raoult  1.7.5. Coeficiente de partición  1.8. Equilibrio químico  1.8.1. La ley de acción de masas  1.8.2. El principio de Le Chatelier  1.8.3. Cociente de reacción  1.8.4. Para usar esta calculadora en línea para la constante de equilibrio, ingrese la constante de equilibrio (Eq.) y presione el botón de calcular. Aquí es cómo se puede explicar el cálculo de la constante de equilibrio con los valores de entrada dados -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Equilibrio ácido-base  1.9. Ácidos y bases  1.9.1. Definiciones de Arrhenius, Brønsted–Lowry y Lewis  1.9.2. pH y pOH  1.9.3. Titulación ácido-base  1.9.4. Solución Buffer  1.9.5. Indicador ácido-base  1.9.6. Polyprotic Acids and Bases  1.10. Electroquímica  1.10.1. reacciones redox  1.10.2. Celdas Galvánicas y Electrolíticas  1.10.3. Ecuación de Nernst  1.10.4. Electrólisis  1.10.5. Leyes de Faraday de la electrólisis  1.11. Termodinámica  1.11.1. Leyes de la Termodinámica  1.11.2. Entalpía, entropía y energía libre de Gibbs  1.11.3. Espontaneidad de las reacciones  1.11.4. Ciclos termodinámicos (Ley de Hess, ciclo de Carnot)  1.12. Cinética  1.12.1. La ley de velocidad y el orden de reacción  1.12.2. Energía de Activación y Catalizador  1.12.3. Teoría de colisiones  1.12.4. Mecanismo de reacción  1.12.5. Teoría del estado de transición
  2. Química orgánica  2.1. Estructura y relaciones  2.1.1. Hibridación en Compuestos de Carbono  2.1.2. Resonancia y aromatización  2.1.3. Orbitales moleculares  2.1.4. Efectos inductivo y mesomérico  2.2. Hidrocarburos  2.2.1. Hidrocarburos  2.2.2. Alqueno  2.2.3. Alquinos  2.2.4. Compuestos aromáticos  2.2.5. Cicloalcanos y Conformación  2.3. Grupo Funcional  2.3.1. Alcoholes y fenoles  2.3.2. Éteres y epóxidos  2.3.3. Aldehídos y cetonas  2.3.4. Ácidos carboxílicos y derivados  2.3.5. Aminas  2.3.6. Ésteres y amidas  2.3.7. Tioles y sulfuros  2.4. Estereoscópico  2.4.1. Isomería en Estereoquímica  2.4.2. Quiralidad y actividad óptica  2.4.3. Análisis estructural  2.4.4. Diastereómeros y Enantiómeros  2.5.1. Reacciones de sustitución  2.5.2. Reacciones de eliminación  2.5.3. Reacciones de adición  2.5.4. Reacciones radicales  2.5.5. Reacciones de reordenamiento  2.5.6. Reacciones Pericíclicas  2.6. Espectroscopía y análisis estructural  2.6.1. Espectroscopía Infrarroja  2.6.2. Espectroscopía por resonancia magnética nuclear  2.6.3. Espectrometría de masas  2.6.4. Espectroscopia UV-visible  2.6.5. Cristalografía de rayos X  2.7. Química de polímeros  2.7.1. Polímeros de Adición y Condensación  2.7.2. Mecanismo de polimerización  2.7.3. Polímero biodegradable  2.7.4. Polímeros conductores e inteligentes
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Ligandos y compuestos de coordinación  3.1.2. Teoría del campo cristalino  3.1.3. Teoría de Orbitales Moleculares en Compuestos de Coordinación  3.1.4. Distorsión de Jahn–Taylor  3.2. Química del grupo principal  3.2.1. Metales alcalinos y alcalinotérreos  3.2.2. Halógenos y Gases Nobles  3.2.3. Los metales de transición y sus complejos  3.2.4. Lantánidos y Actínidos  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Redes cristalinas y celdas unitarias  3.3.2. Defectos en sólidos  3.3.3. Propiedades eléctricas y magnéticas  3.3.4. Superconductividad  3.4. Química bioinorgánica  3.4.1. Iones metálicos en biología  3.4.2. Reacciones enzimáticas con metales  3.4.3. Intoxicación por metales y desintoxicación  3.4.4. Metaloproteínas y Metaloenzimas
  4. Química física  4.1. Química Cuántica  4.1.1. Dualidad onda-partícula  4.1.2. Ecuación de Schrödinger  4.1.3. Números Cuánticos y Orbitales  4.1.4. Espectroscopía atómica y molecular  4.2. Mecánica estadística  4.2.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  4.2.2. Funciones de partición  4.2.3. Estadísticas de Bose-Einstein y Fermi-Dirac  4.3. Termodinámica química  4.3.1. Energía Libre de Gibbs  4.3.2. Transición de fase  4.3.3. Eficiencia termodinámica  4.4. Química de superficies  4.4.1. Absorción y Catálisis  4.4.2. Coloides y Emulsiones
  5. Química Analítica  5.1. Métodos clásicos  5.1.1. Análisis Gravimétrico  5.1.2. titrímetro  5.2. Métodos instrumentales  5.2.1. Cromatografía  5.2.2. Espectroscopía  5.2.3. Métodos electroanalíticos  5.2.4. Difracción de rayos X
  6. Química Industrial  6.1. Petroquímica  6.2. Principios de ingeniería química  6.3. Química Verde  6.4. Farmacéuticos y Síntesis de Medicamentos
  7. Bioquímica  7.1. Carbohidratos  7.2. Proteínas y enzimas  7.3. Lípidos y membranas  7.4. Ácidos nucleicos  7.5. Metabolismo y Bioenergética  7.6. Cinética enzimática y mecanismo

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Mecanismo de reacción


En el mundo de la química, un área principal de interés es el estudio de las tasas de reacción y cómo ocurren las reacciones, conocido como cinética. Una parte importante de esto es la comprensión de los mecanismos de reacción. En pocas palabras, los mecanismos de reacción nos ofrecen una visión paso a paso de una reacción química, desde los reactivos hasta los productos. Conocer estos pasos ayuda a los químicos a controlar y predecir reacciones, lo cual es importante en campos como la fabricación, la industria farmacéutica y la ciencia ambiental.

Conceptos básicos del mecanismo de reacción

Las reacciones químicas a menudo no son tan simples como parecen en una ecuación balanceada. En lugar de ocurrir en un solo gran paso, la mayoría de las reacciones proceden a través de varios pasos pequeños. Cada uno de estos pequeños pasos se llama paso elemental, que en conjunto constituyen el mecanismo de reacción.

Consideremos una reacción simple:

        A + B → C

Esto es lo que verás en una ecuación química balanceada. Sin embargo, la reacción puede ocurrir en los siguientes dos pasos elementales:

        Paso 1: A + B → D (Intermedio)
        Paso 2: D → C

En este caso, el compuesto D es un intermedio, una especie temporal que se forma y consume durante el proceso de reacción. No aparece en la ecuación de reacción global porque no es un producto final ni un reactivo inicial.

Características de las etapas iniciales

Existen varias características importantes que necesitas comprender sobre las etapas preparatorias:

  • Unimolecular, bimolecular, trimolecular: Estos términos se refieren al número de moléculas que se juntan para reaccionar. Unimolecular significa la transición de una molécula. Bimolecular significa dos. Trimolecular implica tres, aunque esto es raro porque es poco probable que tres moléculas colisionen juntas.
  • Ley de velocidad: La velocidad de una reacción elemental es directamente proporcional a la concentración del/los reactivo(s). Por ejemplo, para una reacción elemental:
     A + B → D
    La ley de velocidad será la siguiente:
     Velocidad = k[A][B]
    donde k es la constante de velocidad.
  • Molecularidad vs. Orden: En reacciones elementales, la molecularidad (el número de moléculas que reaccionan en un paso) generalmente es igual al orden de la reacción (el exponente en la ley de velocidad). Sin embargo, para reacciones complejas, esto no siempre es así.

Determinación del mecanismo de reacción

Existen muchos métodos y suposiciones involucrados en la identificación del mecanismo de reacción. Aquí están los principales métodos utilizados:

Determinación experimental

Los mecanismos generalmente se proponen basándose en datos experimentales porque la observación directa de pasos intermedios suele ser imposible. Los químicos observan las leyes de velocidad a partir de experimentos y las comparan con mecanismos posibles. Si la ley de velocidad derivada del mecanismo propuesto coincide con la ley de velocidad experimental, puede ser válida.

Etapa de determinación de la velocidad

Muchos mecanismos de reacción tienen un paso que es más lento que los demás; este es el paso determinante de la velocidad (RDS). Actúa como una barrera, estableciendo la velocidad general de la reacción. Comprender qué paso es el RDS ayuda a derivar la ley de velocidad. Consideremos:

        Paso 1: A + B → D (lento)
        Paso 2: D → C (rápido)

Aquí, el paso 1 es el RDS. La velocidad general se aproxima a la velocidad del paso 1, velocidad = k[A][B].

Aproximación del estado estacionario

Este método supone que las concentraciones de los intermedios permanecen relativamente constantes durante la mayor parte de la reacción. Al hacer esta suposición, se puede simplificar la derivación de leyes de velocidad para reacciones con mecanismos que involucran intermedios.

Ejemplo visual: diagrama de perfil de respuesta

Visualizar un mecanismo de reacción puede ser muy útil. Una de esas visualizaciones es el diagrama de perfil de reacción, que muestra la energía del sistema de reacción a medida que progresa la reacción:

ReactivosProductosEstado de transiciónIntermedio

En el diagrama anterior, la energía aumenta desde los reactivos hasta el pico, indicando que se necesita energía para formar el estado de transición. Después de la transición, se forma un estado intermedio y la energía aumenta nuevamente antes de finalmente caer para formar los productos.

Catalizadores en el mecanismo de reacción

Los catalizadores son sustancias que aumentan la velocidad de reacción sin consumirse en la reacción. Funcionan proporcionando una vía de reacción alternativa con una energía de activación más baja. Comprender cómo un catalizador afecta el mecanismo de reacción es importante para controlar las reacciones.

Por ejemplo, en la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno:

        2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂

Un posible mecanismo con el ion yoduro como catalizador podría ser:

        Paso 1: H₂O₂ + I⁻ → HOI + OH⁻
        Paso 2: HOI + H₂O₂ → H₂O + O₂ + I⁻

Aquí, I⁻ (ion yoduro) es un catalizador, que se regenera en el paso 2 y no se consume en la reacción global.

Aplicaciones prácticas

Comprender los mecanismos de reacción tiene muchas aplicaciones prácticas:

  • En la química industrial, los mecanismos informan el diseño de procesos que optimizan el rendimiento, la velocidad y la eficiencia energética.
  • En la industria farmacéutica, conocer el mecanismo ayuda a comprender cómo funcionan los medicamentos y cómo se pueden mejorar.
  • En la química ambiental, comprender los mecanismos es importante para desarrollar métodos para prevenir, reducir y limpiar contaminantes químicos.

Conclusión

Los mecanismos de reacción ofrecen una imagen detallada de las reacciones químicas, explicando no solo qué sucede, sino cómo sucede. Esta información es esencial para los químicos que desean controlar las reacciones de manera eficiente y predecible. Al combinar el conocimiento teórico con datos experimentales, los químicos pueden proponer mecanismos que expliquen el viaje desde los reactivos hasta los productos, llevando a la optimización e innovación de una amplia gama de procesos químicos.


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