La reacción del peroxosulfato (VI) con yoduro puede ilustrar cómo se puede predecir un catalizador homogéneo adecuado.
Necesitamos usar potenciales de electrodo:
[matemáticas] E ^ 0 (v) [/ matemáticas]
[matemáticas] I_ {2 {(aq)}} + 2e \, \ rightleftharpoons \, 2I ^ -_ {(aq)} \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \ , \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, + 0.54 [/ matemática]
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[matemáticas] Fe ^ {3 +} _ {(aq)} \, + e \, \ rightleftharpoons \, \, \, Fe ^ {2 +} _ {(aq)} \, \, \, \, \ , \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, + 0.77 [/ matemática]
[matemáticas] S_2O_ {8 {(aq)}} ^ {2 -} + 2e \, \ rightleftharpoons \, 2SO_ {4 {(aq)}} ^ {2 -} \, \, \, \, \, \ , \, \, \, \, \, \, \, \, \, + 2.0 [/ matemática]
De estos podemos ver que [math] S_2O_8 ^ {2 -} [/ math] debería poder oxidar [math] I ^ – [/ math] a [math] I_2 [/ math]:
[matemáticas] S_2O_8 ^ {2 -} \, \, \, + \, \, 2I ^ – \, \, \ rightarrow \, \, \, \, 2SO_4 ^ {2 -} \, \, \, + I_2 [/ matemáticas]
[matemáticas] E ^ 0_ {Celda} \, \, \, \, = \, \, 2- (0.54) \, \, = \, + 1.46 \, v [/ matemáticas]
Como [math] \ Delta {G} ^ 0 \, \, \, = \, \, – nFE ^ 0 [/ math] esto proporciona un cambio favorable de energía libre y es termodinámicamente factible. Sin embargo, la reacción se ve afectada por factores cinéticos y es bastante lenta a temperatura ambiente. La reacción es de primer orden con respecto al peroxosulfato (VI) y al yoduro y el paso de determinación de la velocidad implica la colisión de estos. Esto se ve obstaculizado por el hecho de que ambos están cargados negativamente y se repelen entre sí. Una característica de la química de los metales de transición es que pueden exhibir propiedades catalíticas debido a su capacidad de asumir diferentes estados de oxidación.
Tenga en cuenta que el potencial de electrodo para [matemática] Fe ^ {3 +} / Fe ^ {2 +} [/ matemática] se encuentra entre los valores de peroxodisulfato (VI) y yoduro. [matemática] Fe ^ {3 +} [/ matemática] puede catalizar la reacción al reaccionar primero con yoduro:
[matemáticas] 2Fe ^ {3 +} \, \, \, + \, \, \, 2I ^ – \, \, \, \ rightarrow2Fe ^ {2 +} \, \, \, + \, \, \ , I_2 [/ matemáticas]
Esto es más rápido ya que implica la colisión entre iones con carga opuesta.
El peroxodilsufate (VI) ahora puede oxidar el hierro (II) a hierro (III) como predicen los valores [matemáticos] E ^ 0 [/ matemáticos]. De nuevo, una reacción rápida:
[matemáticas] S_2O_8 ^ {2 -} \, \, \, \, + \, \, \, 2Fe ^ {2 +} \, \, \, \ rightarrow \, \, \, 2SO_4 ^ {2-} \, \, \, + \, \, \, 2Fe ^ {3 +} [/ math]
Por lo tanto, el hierro (III) está actuando como un catalizador, ya que ha disminuido la energía de activación y ha sido regenerado. Al buscar un sistema adecuado cuyo valor [matemático] E ^ 0 [/ matemático] se encuentre entre 0.54v y 2.0v, puede predecir efectivamente qué sistema será adecuado. Tenga en cuenta que todo esto se refiere a condiciones estándar, es decir, pH O, concentraciones unitarias, 298K, etc. Al modificarlas, a menudo podemos conducir la reacción en la dirección que queremos.
