velocidad de reacción

TEMA 02
CONVERSIÓN, TERMODINÁMICA, CINÉTICA
REACTIVIDAD
Conversión: porcentaje de transformación de los reactivos en productos
CONVERSIÓN (Keq)
ESTABILIDAD
[CONTENIDO ENERGÉTICO
(exo-endo)]
[GRADO DE DESORDEN]
Para ΔG alta y negativa
mayor conversión (Keq)
¿ A QUÉ VELOCIDAD ?
P
R
H
R
ΔH +
P
ΔH -
P
R
S
R
ΔS +
ΔS -
ΔG = ΔH - TΔS
P
CONDICIÓN DE ESPONTANEIDAD
R
G
ΔG –
P
Desarrollo de reacción
CINÉTICA DE LA REACCIÓN
ÌG valora la espontaneidad pero NO la
VELOCIDAD DE REACCIÓN
CONDICIONES PARA REACCIÓN FRUCTÍFERA :
1. COLISIÓN de las partículas implicadas en ese paso.
La simple colisión no implica reacción segura, no todos los
choques son efectivos, hay “dificultades” o barreras
energéticas que al no sobrepasarse conducen a muchos
rebotes elásticos.
Para una reacción espontánea, si todas las colisiones fueran
efectivas el perfil energético descriptivo sería directo, lo que
no ocurre habitualmente, presenta una barrera.
2. TÉRMINO PROBABILIDAD :
ENERGÉTICA: concentración adecuada de la
energía disponible sobre los enlaces implicados
en la reacción de manera que el alargamiento
producido en los mismos sea suficiente para
propiciar su rotura.
ESPACIAL: orientación física adecuada de los
reaccionantes en la colisión que permita la
reorganización electrónica.
3. FACTOR TEMPERATURA o disponibilidad
de un mínimo energético en el momento de la
colisión.
LA FACILIDAD CON QUE SE ALCANCEN
TODAS ESTAS CONDICIONES DETERMINA
LA VELOCIDAD DE REACCIÓN DE UN
PROCESO QUÍMICO.
NuNu-
F
CH3
CH3
CH3
R
O
Br
CH3
EJERCICIO 01.02
Nu-
DIAGRAMA DE DESARROLLO DE REACCIÓN
PERFIL DE UNA REACCIÓN
ESPONTÁNEA: ΔG = negativa
G
ΔG = GP - GR
DESARROLLO DE REACCIÓN
ESTADO DE TRANSICIÓN
REACCIÓN EN DOS ETAPAS DE LA CLORACIÓN DEL METANO
DIAGRAMA DE DESARROLLO DE REACCIÓN
entalpía
desarrollo de reacción
•
•
•
•
•
•
•
etapas
entalpía de activación
intermedios
estados de transición
reversibilidad
incremento de entalpía
conversión - cte de equilibrio
ENERGÍA LIBRE DE ACTIVACIÓN
VELOCIDAD DE REACCIÓN
VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE
CONVERSIÓN (Keq)
TEMA 02. Segunda parte
La distribución de la densidad electrónica explica los
ataques químicos
MAPAS DE POTENCIALES ELECTROSTÁTICOS
ROJO
AMARILLO
extremo negativo
25
VERDE
50
CH3-CH2-CH2OH
AZUL CLARO
75
MARINO
extremo positivo
HLi
BH3
H2O
CH4
OH-
NH3
CH3-
CH3-CH2-CH3
CH3-CH2-CH2-COO-
CH3-CH2-CH2-CH2O-
CH3-CH2-COOCH3
Según la disponibilidad electrónica los reactivos se
clasifican en:
ELECTRÓFILOS
H+; NO2+; R3C+; SO3; CO2; BF3; NO+; Ca++
NUCLEÓFILOS
H-; OH-; CH3O-; CN-; R-Mg-Br; R-Li; R-O-R’; R3N
• Partículas cargadas o moléculas neutras
• Grados cuantitativos de nucleofilia y electrofilia
REACTIVOS AISLADOS O REACTIVOS EN EL SENO
DE UN MEDIO DE REACCIÓN
Un reactivo, intrínsecamente apolar con homogénea distribución
de carga en situación aislada, puede sufrir polarización inducida
por el sustrato al que ataca:
Br
Br
+
_
o por un catalizador:
Cl
Cl
Cl
Fe Cl
Cl
+
+
_
_
También es marcada la acción de solvatación de
reactivos, intermedios o productos por un disolvente:
_
+
+
Nu+
_
+
+
_
_
_
Solvatación:
Solvatación interacción electrostática de una especie química con el
disolvente que le rodea, habitualmente con repercusiones energéticas.
PARALELISMO CONCEPTUAL
electrófilo
ácido de Lewis
oxidante
nucleófilo
base de Lewis
reductor
Ataque:
Ataque aproximación de un reactivo para inicio de una
reacción química.
El ataque está provocado por la atracción electrostática
o la búsqueda de mayor estabilidad (móvil).
Cuando son al menos dos las especies que participan
en una reacción, se considera atacante al reactivo más
necesitado de compartir carga o más alejado de una
situación estable (mayor reactividad).
Existen ataques electrófilos o nucleófilos iniciadores
de un proceso según el carácter del reactivo que lo inicia
(atacante).
Al participante en la reacción química que sufre el ataque
(especie menos reactiva) se le denomina sustrato.
sustrato
¿Hay alguna solución experimental para procesos con baja
reactividad por alta Ea y, en consecuencia, baja velocidad?
O
H
O
estado de
transición muy
energético
+
colisión
improbable
H
H O
+
+
O H
OH
benzoína
O H
Una solución posible para aumentar la velocidad de
un proceso lento es el empleo de catalizadores.
CATALIZADOR es una especie que, sin consumirse,
participa en una reacción química suministrando un
camino o mecanismo de reacción alternativo de
menor consumo energético, lo que permite alcanzar
una mayor velocidad de reacción.
FORMACIÓN DE BENZOÍNA A PARTIR DE BENZALDEHÍDO
CATALIZADA POR ANIÓN CIANURO
sin catalizar
E
catalizada
benzaldehído
benzoína
desarrollo de reacción
Tras la exposición de la teoría sobre la
reacción química, hagamos algunas
consideraciones experimentales:
el proceso químico en el laboratorio.
AISLAMIENTO, PURIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN
DE COMPUESTOS ORGÁNICOS.
1. INTRODUCCIÓN
Necesidad de purificación de las mezclas experimentales de reacción
Distinción entre aislamiento y purificación
2. MÉTODOS DE AISLAMIENTO Y PURIFICACIÓN
EXTRACCIÓN (física y química)
DESTILACIÓN (sencilla, fraccionada, a vacío, corriente de vapor)
CRISTALIZACIÓN
SUBLIMACIÓN
CROMATOGRAFÍA PREPARATIVA (columna, capa fina)
3. CRITERIOS DE PUREZA
PUNTOS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN
DENSIDAD, ÍNDICE DE REFRACCIÓN Y PODER ROTATORIO.
CROMATOGRAFÍA ANALÍTICA (HPLC)
ANÁLISIS ELEMENTAL ( cualitativo y cuantitativo)
PESO MOLECULAR (crioscopía, espectrometría de masas)
4. DETERMINACIÓN ESTRUCTURAL mediante las técnicas
habituales de análisis instrumental para identificación:
Espectroscopía infrarroja
Espectroscopía de resonancia magnética nuclear
Espectrometría de masas
FIN DEL TEMA 02