¿Cómo un catalizador realmente reduce la energía de activación de una reacción?

El siguiente diagrama encantador proviene del artículo de Wikipedia sobre catálisis:


La energía de activación de una reacción es la diferencia de energía entre el estado inicial y el pico más alto en la curva de energía de reacción (el estado de transición de energía más alta).

Un catalizador proporciona una ruta alternativa para una reacción. Por lo general, esto será más complicado que la reacción original no catalizada. En el diagrama anterior, podemos ver que la reacción hipotética continúa en un solo paso sin el catalizador, pero toma cuatro pasos cuando se cataliza. Sin embargo, la energía de activación se reduce porque cada uno de los cuatro pasos tiene un estado de transición de menor energía que la reacción original.

Aquí hay un ejemplo real de una reacción con mecanismos catalizados y no catalizados bien estudiados: la descomposición del ozono.
(reacción general) 2O3 —–> 3O2
En ausencia de un catalizador, el mecanismo es el siguiente:
1. O3 —–> O2 + O
2. O + O3 —–> 2O2 (lento)
Esta descomposición es catalizada por átomos de cloro, como los formados por fotodisociación de CFC en la atmósfera superior:
1. Cl + O3 —–> ClO + O2
2. O3 —–> O2 + O
3. ClO + O —–> Cl + O2
En la vía catalizada, la reacción determinante de la velocidad O + O3 —–> 2O2 se reemplaza por una vía alternativa que involucra una especie de cloro. Esto reduce la energía de activación general.

Hay varias explicaciones complicadas para la catálisis. Pero hay una manera de entender esto fácilmente. Los reactivos son adsorbidos en la superficie del catalizador por enlaces químicos parciales o por algunas fuerzas débiles. Esta adsorción es máxima en las grietas y bordes en la superficie del catalizador que generalmente se conocen como “CENTROS ACTIVOS”. Esto ayuda a reducir la energía de activación y forma los productos que luego se liberan. Como un catalizador con una gran superficie funciona bien, se muelen a partículas coloidales (en polvo).

Bien. Es como una vieja historia china. Lo “occidentalicé” para evitar algún problema de fondo.

Hay un padre pobre y un hijo feo.
—-De padre a hijo—–
Padre: Tienes la edad suficiente para casarte. ¿Qué tal si te presento uno para ti?
Hijo: no quiero el tuyo. Necesito encontrar mi verdadero amor.
Padre: es la hija de Bill Gates.
Hijo: ¿No es una broma? Entonces está bien.

———— Padre de Bill Gates ————–
Padre: hola! Bill Gates, encontré un yerno para ti.
Bill Gates: Tengo suficientes candidatos para yerno.
Padre: es el vicepresidente del Banco Mundial.
Bill Gates: OK, cambio de opinión.

———— Padre del Presidente del Banco Mundial ————–
Hijo: Estimado presidente, encontré una persona excelente para ser su vicepresidente, que resultó ser yo.
Presidente: La posición de este banco no está disponible. ¿Y Quien demonios eres tu?
Hijo: Soy el yerno de Bill Gates.
Presidente: Entonces es una luz verde para usted, joven.

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El hijo, Bill Gates, el presidente son 3 reactivos que son muy difíciles de reaccionar entre sí. El padre es un catalizador, que tiene “puntos interesantes” para el reactivo respectivo. El padre “jala” los reactivos juntos. Al igual que forman un complejo padre-hijo, luego un complejo Gates-padre-hijo, el padre fue removido y formaron un complejo Gates-hijo para reaccionar con el presidente. El padre baja la energía de activación del primer paso, y en esta “reacción”, el primer paso es el paso de determinación de velocidad (RDS), que significa el más difícil.

Básicamente, el catalizador funciona como un catalizador -ve o + ve, si estamos usando el catalizador -ve, entonces funciona para reducir la energía de activación de la reacción debido a que la viabilidad cinética de la reacción aumenta y la reacción cruza el umbral de energía. en realidad no se consume en ninguna reacción y produce moléculas más energéticas en las reacciones.