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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. 




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