Ir al contenido principal

7. Catálisis





Es la variación en la velocidad de una reacción química producida por la presencia de un catalizador.

 7.1 Catálisis homogénea. 
En química, la catálisis homogénea es aquella catálisis en la que los catalizadores están en la misma fase que los reactivos.
 Problema. 
Determine la concentración de protones para la cual la actividad de catálisis ácido- base es mínima.

Solución:

7.2 Catálisis heterogénea. 
 Catálisis cuando el catalizador está en una fase diferente (es decir sólido, líquido y gas, pero también aceite y agua) a los reactivos. 
Problema. 

 La descomposición de fosfina sobre wolframio es de primer orden a bajas presiones y de orden cero a presiones elevadas. Justifique estas observaciones.

Solución.
Nuestra reacción es:

Al ser una reacción heterogénea tendrá que haber adsorción al menos de un reactivo. 

Como solo tenemos un reactivo el mecanismo queda:

Al tener una etapa lenta podemos escribir velocidad de reacción solo para esta etapa:
 Y como la adsorción está en equilibrio, puede utilizarse la isoterma de Langmuir para encontrar la fracción de centros ocupados por la fosfina:
Sustituyendo la segunda ecuación en la primera nos queda la velocidad de reacción en función de la presión de fosfina:
Si tomamos límites de presión muy altas o muy bajas de fosfina demostramos:


7.3 Adsorción y curvas de adsorción. 
Problema
Para el nitrógeno adsorbido sobre una muestra de carbón activo a -77ºC, los volúmenes adsorbidos (corregidos a 0ºC y 1 atm) por gramo de carbón activo son, frente a la presión de N2 .

 Compruebe qué isoterma, Langmuir, Freudlich o Temkin, describe mejor la adsorción de este sistema y calcule los parámetros de la isoterma en cada caso.

Solución. 
Isoterma de Langmuir:
Su forma linealizada es: 
El ajuste por mínimos cuadrados nos da:
De donde obtenemos: 

La Isoterma de Freudlich:
Donde P° es la presión estándar (1atm) 
Su forma linealizada es: 
El ajuste por mínimos cuadrados de lnV contra lnP nos da:

Lo que nos permite obtener:
Isoterma de Temkin:
En su forma linealizada: 
El ajuste por mínimos cuadrados:

De donde podemos obtener:
7.4 Catálisis enzimática. 
Es la facilitación de la hidrólisis de una molécula biológica, por la acción de una enzima.
Problema
¿Cuál de las siguientes gráficas representa la velocidad de reacción frente a la concentración de sustrato para una enzima alostérica, en ausencia y presencia de un inhibidor alostérico?

Solución
La gráfica 1, en presencia  de inhibidor, se requiere mayor concentración de sustrato para que la enzima cambie a su conformación activa. Sin embargo, cuando se alcanza la suficiente concentración de sustrato para disparar el cambio hacia la conformación activa, el sustrato se une cooperativamente (curva con forma-S) y la misma velocidad máxima se alcanza, en presencia o ausencia de inhibidor. 




Comentarios

Publicar un comentario

Entradas populares de este blog

4. Dependencia de la constante de velocidad con la temperatura.

4.1 Ecuación de Arrhenius.  La dependencia de k con respecto a la temperatura puede expresarse mediante la ecuación de Arrhenius: Su forma linealizada es: Otra forma de trabajar con la ecuación de Arrhenius es:  Problema.  Para la descomposición del N2O5, la energía de activación es 24.7 kcal/mol. A 27ºC la constante de velocidad de la reacción es 4.0 10-5 s -1. Calcular la constante de velocidad a 37ºC.  Solución. Problema. ¿Qué ocurrirá si aumentamos la temperatura según la ecuación de Arrhenius?  Solución.  Si se aumenta la temperatura aumenta el valor de k.  Dada nuestra ecuación de velocidad de reacción: Al aumentar k, aumenta velocidad de reacción.  Por lo tanto, según Arrhenius un aumento en la temperatura significa un aumento en velocidad de reacción.   4.2 Energía de activación.  Es la  energía  mínima necesaria para que se produzca una reacción química da...
Publicar un comentario
Leer más

2. Cinética química

La cinética química es un campo de la química que estudia la  velocidad de reacción  de los procesos químicos en función de la concentración de las especies que reaccionan, de los productos de reacción, de los catalizadores e inhibidores, de los diferentes medios disolventes, de la temperatura, y de todas las demás variables que pueden afectar a la velocidad de una reacción. 2.1 Molecularidad y orden de reacción. Orden de reacción: El orden de reacción con respecto a un reactivo es el exponente de su término de concentración de la ley de velocidad. El orden de reacción global es la suma de los exponentes de todos los términos de concentración.  Mecanismos de reacción: La mayoría de las reacciones transcurren por mecanismos de varias etapas, llamadas reacciones elementales. La ecuación de una reacción elemental indica la molecularidad, (número de partículas que colisionan) de los reactivos implicados en el choque que produce la reacción.  Problem...
Publicar un comentario
Leer más

8. Reactores.

U n  reactor químico  es un equipo en cuyo interior tiene lugar una  reacción química , estando éste diseñado para maximizar la conversión y selectividad de la misma con el menor coste posible .  8.1 Reactor discontinuo.  Son aquellos que trabajan por cargas, es decir se introduce una alimentación, y se espera un tiempo dado, que viene determinado por la cinética de la reacción, tras el cual se saca el producto. Problema.  En un reactor discontinuo que opera a volumen isostéricamente se alcanza un 70% de conversión del reactivo líquido en 13 min. ¿Qué tiempo espacial se requiere para efectuar esta operación en un reactor de flujo en pistón y uno de mezcla completa?  Solución Porque el sistema es de densidad constante (líquido).  Por lo tanto,  PFR Estos reactores trabajan en estado estacionario. Es decir, las propiedades en un punto determinado del reactor son constantes con el tiempo. Este modelo supone un...
Publicar un comentario
Leer más