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El estudio de la cinética y los mecanismos de reacción ayuda a los investigadores a optimizar la velocidad de una reacción. Un aumento en la temperatura o concentración acelerará la velocidad, pero también puede conducir a la descomposición o productos secundarios cuando se aumenta demasiado. Alternativamente, se puede agregar un producto químico a la mezcla de reacción que acelera la velocidad de reacción sin ser alterado o consumido permanentemente.
Estas sustancias se denominan catalizadores y afectan la constante de velocidad cambiando la energía de activación. Recuerde que cuanto mayor sea la energía de activación, más lenta será la velocidad de reacción. Por lo tanto, muchas reacciones químicas, como la descomposición del peróxido de hidrógeno acuoso, progresan lentamente.
La adición de un catalizador reduce la energía de activación al proporcionar un mecanismo de reacción alternativo sin afectar los estados de energía de los reactivos y productos. Hay dos tipos de catalizadores:homogéneos y heterogéneos. Existe un catalizador homogéneo en la misma fase que los reactivos.
Por ejemplo, se agrega bromuro de sodio al peróxido de hidrógeno acuoso para acelerar su descomposición en oxígeno gaseoso y agua. Primero, los iones de bromuro reaccionan con el peróxido de hidrógeno en un medio ácido para formar una solución naranja de bromo acuoso y agua. A continuación, el bromo acuoso y el peróxido de hidrógeno reaccionan y liberan iones de bromuro indicados por una solución incolora.
Como es característico de un catalizador, los iones de bromuro aceleran la reacción, pero permanecen sin ser consumidos y no aparecen en la ecuación neta balanceada. Existe un catalizador heterogéneo en un estado físico diferente en comparación con los reactivos. La catálisis heterogénea se caracteriza por cuatro pasos subyacentes:adsorción, difusión, reacción y desorción.
Por ejemplo, la reacción de hidrogenación de eteno gaseoso insaturado a etano se acelera mediante paladio finamente disperso sobre carbón. Aquí, el catalizador existe en su estado sólido, mientras que los reactivos están en sus formas gaseosas. Durante esta catálisis heterogénea, las moléculas de eteno e hidrógeno se adsorben en la superficie del catalizador.
El enlace hidrógeno-hidrógeno se rompe permitiendo que los átomos de hidrógeno se difundan en la superficie del catalizador. Cuando los átomos de hidrógeno en difusión encuentran moléculas de eteno adsorbidas, reaccionan para formar etano saturado. Posteriormente, los productos se desorban y se alejan de la superficie metálica, dejando atrás el catalizador intacto.
La presencia de un catalizador afecta la velocidad de una reacción química. Un catalizador es una sustancia que puede aumentar la velocidad de la reac…
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