En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con AP
Llévatelo
- Diapositivas de la lección (en inglés) (PDF)
- Hoja de práctica (próximamente)
- Simulador de cinética y teoría de colisiones (en inglés) (actividad)
Pregunta esencial
¿Cómo muestra un perfil de energía cada paso de un mecanismo?
En el Tema 5.6 dibujaste una colina para un paso elemental. En este tema combinarás mecanismos y perfiles de energía para dibujar el perfil de una reacción con varios pasos.
El video de la lección llegará pronto. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
Una colina por paso
- Cada paso elemental tiene su propia colina de energía.
- Cada colina tiene su propio estado de transición (ET) en la cima.
- Un mecanismo de dos pasos tiene dos colinas; uno de tres pasos tiene tres.
Lee la gráfica de izquierda a derecha, igual que el mecanismo: los reactivos suben la primera colina en el paso 1, luego la segunda colina en el paso 2 y terminan como productos.
Intermediarios en los valles
- El valle entre dos colinas es un intermediario: el producto de un paso y el reactivo del siguiente.
- Un intermediario está en un descenso de energía, así que es un poco estable y a veces se puede detectar.
- Un estado de transición está en la cima de una colina y no se puede aislar de ninguna manera.
Identificación del paso lento
- El paso determinante de la velocidad es el paso con la Ea más grande.
- Mide cada Ea desde la base de ese paso, no desde el inicio de la gráfica.
- La Ea del paso 1 va de los reactivos al primer pico; la del paso 2 va del intermediario al segundo pico.
Aquí, Ea1 es mucho más grande que Ea2, así que el paso 1 es el paso lento.
ΔH global
- ΔH = energía de los productos − energía de los reactivos.
- Solo importan los niveles de inicio y final; las colinas y los valles de en medio no cambian el ΔH.
Aquí los productos están más abajo que los reactivos, así que la reacción global es exotérmica. Cada paso puede ser distinto: en este perfil, el paso 1 sube hasta el intermediario y el paso 2 baja.
Dibujo de un perfil de varios pasos
- Coloca los niveles de los reactivos y los productos: los productos van más abajo si ΔH < 0 y más arriba si ΔH > 0.
- Dibuja una colina por cada paso elemental.
- Pon un valle entre las colinas por cada intermediario.
- Haz que la colina del paso lento sea la más grande, medida desde donde empieza ese paso.
Si un paso es endotérmico, termina más arriba de donde empezó; si es exotérmico, termina más abajo.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Lectura de un perfil de varios pasos
Usa el perfil de energía para encontrar: el número de pasos, el número de intermediarios, el paso determinante de la velocidad y si la reacción es exotérmica o endotérmica.
Mostrar la solución
- Cuenta las colinas: Hay tres picos, así que son 3 pasos elementales.
- Cuenta los valles: Hay dos valles entre las colinas, así que hay 2 intermediarios.
- Compara las energías de activación: Mide cada Ea desde la base de su propio paso. Los pasos 1 y 3 tienen colinas pequeñas; el paso 2 sube desde el primer valle hasta el pico más alto. El paso 2 es el determinante de la velocidad.
- Compara el inicio y el final: Los productos están más abajo que los reactivos, así que la reacción es exotérmica (ΔH < 0).
Ejemplo 2: Trazo de un perfil
Una reacción de dos pasos tiene un primer paso lento y endotérmico, y un segundo paso rápido y exotérmico. La reacción global es exotérmica. Traza el perfil de energía.
Mostrar la solución
- Coloca los niveles: Dibuja el nivel de los reactivos a la mitad de la altura, a la izquierda, y un nivel de productos más bajo a la derecha (global exotérmica).
- Dibuja el paso 1: Dibuja una colina alta que sube desde los reactivos (paso lento). Baja a un valle que esté más arriba que los reactivos (paso endotérmico). Ponle la etiqueta “intermediario”.
- Dibuja el paso 2: Desde el valle, dibuja una colina pequeña (paso rápido) y luego baja hasta el nivel de los productos (paso exotérmico).
- Ponle las etiquetas: Marca con flechas la Ea1 (grande) y la Ea2 (pequeña), y dibuja el ΔH apuntando hacia abajo, del nivel de los reactivos al nivel de los productos.
Ejemplo 3: Relación de un mecanismo con su perfil
En un mecanismo de dos pasos, el paso 1 es rápido y el paso 2 es lento. ¿Qué perfil de energía coincide?
Mostrar la solución
- Usa la regla: El paso lento tiene la Ea más grande, así que el paso 2 necesita la colina más grande (medida desde el valle).
- Revisa el perfil A: La primera colina es enorme y la segunda es pequeña, así que el paso 1 sería el lento. No coincide.
- Revisa el perfil B: La primera colina es pequeña, y la segunda sube desde el valle hasta el punto más alto. El paso 2 tiene la energía de activación más grande.
- Respuesta: El perfil B coincide con un primer paso rápido y un segundo paso lento.
Práctica
La hoja de práctica llegará pronto.
Practica con el simulador de cinética y teoría de colisiones (en inglés)
Observa cómo chocan las partículas, cambia la temperatura, la concentración y la energía de activación, agrega un catalizador y descubre por qué solo algunas colisiones llevan a una reacción.
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Cada paso elemental tiene su propia colina con su propio estado de transición.
- Los valles entre las colinas son intermediarios.
- El paso con la Ea más grande, medida desde donde empieza ese paso, es el paso determinante de la velocidad.
- El ΔH global sigue siendo productos − reactivos.
De vuelta a la pregunta esencial: Cada paso es una colina, cada intermediario es un valle y la subida más grande te dice cuál es el paso lento. Colinas = pasos, valles = intermediarios. A continuación viene el Tema 5.11, Catálisis, donde verás cómo los catalizadores cambian estos perfiles de energía.
Alineación con AP
Esta lección cubre el Tema 5.10, Perfil de energía de una reacción de varios pasos, de la Unidad 5 (Cinética) de la Descripción del curso y del examen (CED, por sus siglas en inglés) de AP Chemistry del College Board. Objetivo de aprendizaje:
- 5.10.A: Representar la energía de activación y el cambio global de energía de una reacción de varios pasos con un perfil de energía de la reacción.
Conocimiento esencial: 5.10.A.1
Habilidad sugerida: 3.B Representación de datos y fenómenos. Representar sustancias o fenómenos químicos con diagramas o modelos adecuados (por ejemplo, la configuración electrónica).