Avances en química básica: la dinámica de las reacciones químicas.

En la edición de la revista Nature del 10 de junio de 2010, se ha publicado un artículo describiendo la reacción de fotoionización de la molécula de hidrógeno. Este estudio ha  combinado una aproximación experimental y computacional para describir con precisión el movimiento de los electrones en una reacción química. Para ello se han usado pulsos láser ultravioleta, de duración de 300-400 atosegundos, para promover la ionización de las moléculas de hidrógeno (H2) y de deuterio (D2). El artículo es una aportación muy importante al área de la dinámica química y es el fruto de la colaboración  de 9 grupos internacionales, entre ellos, el de Fernando Martín del Departamento de Química de la Universidad Autónoma de Madrid. El profesor Martín explicó la investigación en una entrevista en A Hombros de Gigantes.

Una parte importante de la química física es el estudio de los mecanismos de reacción; lo que implica conocer el “camino” por el que los sustratos (materiales de partida, reactivos, reactantes) se convierten en los productos en una reacción química. Tiene tres aspectos relacionados a considerar:

1) La velocidad de reacción. Es decir, cómo de rápido los sustratos se convierten en productos. Normalmente, la velocidad de reacción es directamente proporcional a la concentración de los materiales de partida. La constante de proporcionalidad, denominada constante de velocidad o constante cinética (k), es la característica importante de una reacción química. El área de la química física que determina velocidades de reacción (experimentalmente) es la cinética química.

2) Energía. Conocer un mecanismo detallado de reacción implica conocer el contenido energético de cada una de las especies químicas. Muy pocas reacciones químicas transcurren en una única etapa y lo habitual es que los sustratos se conviertan en productos a través de varias especies químicas, denominadas intermedios de reacción, que normalmente suelen tener más energía (es decir, termodinámicamente menos estable) que los sustratos o productos. Cada conversión de sustrato en intermedio o de estos en productos transcurre a través de un máximo energético, que es el estado de transición de cada etapa elemental; la diferencia de energía entre cada intermedio y el máximo energético es la energía de activación (Ea) de la etapa elemental. La energía de activación de la reacción global es igual a la mayor energía de activación de las etapas elementales. Con las diversas etapas elementales e intermedios de reacción, el perfil de una reacción (la representación de la energía frente al progreso de la reacción) es un conjunto de montes y valles como se representa en la imagen siguiente.

Perfil_energia

Del sitio web.

La Ea es el parámetro termodinámico fundamental para determinar lo fácil o difícil que puede ser una reacción química. Arrenhius postuló que k depende exponencialmente del valor negativo de la energía de activación (Ea), dando lugar a la ecuación de Arrhenius, que ha sido suficientemente probada experimentalmente. Debido a la dependencia inversamente exponencial entre k y Ea, cuanto mayor es Ea, menor es la velocidad de reacción.

Ecuacion_Arrhenius

A partir de datos cinéticos a diversas temperaturas se puede determinar la energía de activación de una reacción química. Por métodos espectroscópicos o por cualquier medio indirecto (por ejemplo, “atrapándolos” en reacciones secundarias) se pueden identificar algunos intermedios (cuanto más estable, más fácil se detecta); pero es difícil determinar experimentalmente la existencia de todos los intermedios sintéticos de una reacción. En los últimos tiempos, la investigación de mecanismos de reacción ha recibido un impulso considerable de la química computacional, dónde no existe el “inconveniente” de la inestabilidad de una especie química para proceder a su estudio. En  esta aproximación, se postulan posibles intermedios sintéticos y estados de transición de las etapas elementales; y se determinan computacionalmente sus energías y estructuras (geometrías: conectividades, distancias de enlace, ángulos de enlace y ángulos diedros). La metodología computacional permite decidir si la estructura propuesta como estado de transición es realmente un estado de transición y, además, se corresponde con la transformación propuesta.

3) Movimientos de los componentes del átomo.  Para conocer el mecanismo de reacción detallado, es decir a nivel atómico, es necesario conocer el movimiento de los núcleos y de los electrones. Este era un reto considerado imposible de alcanzar experimentalmente, aunque el proceso se puede modelizar por métodos computacionales. Un avance considerable se consiguió cuando se usaron pulsos láser de duración ultracorta.

Cinética química experimental. El objetivo es determinar la variación de la concentración de sustratos o productos con el tiempo y ajustar los datos a alguna de las ecuaciones teóricas de la cinética química.

Muchas reacciones importantes, por ejemplo la reducción de nitrógeno a amoniaco ocurren muy lentamente, siendo necesaria la presencia de un catalizador; que es una especie química que no se consume en una reacción, pero que aumenta la velocidad de la misma. Por supuesto, aunque el catalizador no se consume en la reacción, sí participa en el mecanismo de la misma, generando intermedios de reacción que evolucionan regenerando el catalizador, que vuelve a comenzar el ciclo catalítico. Las cinéticas de estas reacciones “lentas” se pueden seguir con un cronómetro.

Con el objetivo de obtener datos de las etapas elementales de un mecanismo de reacción (o determinar la velocidad de una reacción muy rápida), dónde hay que determinar la variación de concentración de intermedios  (que están presente en muy pequeñas concentraciones y con tiempos de vida, generalmente, muy cortos), fue necesario desarrollar métodos experimentales adecuados. Manfred Eigen (Premio Nobel en 1967) desarrolló métodos adecuados para medir la velocidad de reacciones en la escala de tiempo de los microsegundos (un microsegundo = 10-6 segundos). El método de relajación desarrollado por Eigen consiste en alterar un estado de equilibrio de una reacción química (suministrando energía de alguna manera) y midiendo el tiempo que tarda el sistema en volver a alcanzar el equilibrio.

Más recientemente, Ahmed Zewail (Premio Nobel en 1999) encontró que se podía usar un pulso láser de femtosegundos (un femtosegundo = 10-15 segundos) de duración para estudiar experimentalmente detalles y velocidades de reacciones a nivel atómico, siendo una técnica poderosa para seguir el movimiento de los núcleos en una molécula durante una reacción química.

Zewail anticipó que un pulso láser de duración de atosegundos (un atosegundo = 10-18 segundos) permitiría monitorizar el movimiento de los electrones durante una reacción química. Y esto es lo que han conseguido los autores del artículo en Nature, estudiando la reacciones de fotoionización de las moléculas de hidrógeno (H2) y de deuterio (D2), un isótopo del hidrógeno. Los resultados experimentales han sido completados con extensos cálculos mecano-cuánticos (realizados por el grupo de la UAM) para resolver la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo (la ecuación que describe el estado de un sistema cuántico, por ejemplo, un electrón), que ha llevado el uso de un superordenador durante muchos miles de hora, pues aunque el sistema solo tenga dos electrones, la resolución de dicha ecuación no es analítica debido al efecto de correlación electrónica (la interacción entre los dos electrones del sistema).

Ionizacion_H2

Este tipo de estudios supone un avance considerable en el estudio de las reacciones químicas, constituyendo un área de la química física, denominada dinámica química.

Compartir:

Entradas relacionadas

73 comentarios

  1. Люди подскажите А в росреестре очереди и бумажки Кадастровый номер вбить Короче, нашел крутой инструмент — публичная кадастровая карта россии онлайн с обновлениями Нашел всё за 10 минут В общем, смотрите сами по ссылке — публичная кадастровая карта 2026 публичная кадастровая карта 2026 Пользуйтесь нормальной картой Перешлите тому кто ищет участок

  2. Привет, народ То карта виснет Категорию земли уточнить Короче, работает быстро и понятно — росреестр публичная кадастровая карта быстрый поиск Проверил обременения В общем, вся инфа вот здесь — публичная кадастровая карта россия https://publichnaya-kadastrovaya-karta-mno.ru Пользуйтесь нормальной картой Перешлите тому кто ищет участок

  3. Народ выручайте. Жесть случилась полная. Муж просто пропадает. Соседи стучат в дверь. В диспансер везти — учёт на всю жизнь. Короче, единственное что реально помогло — срочный вывод из запоя круглосуточно. Приехали через час. В общем, жмите чтобы не потерять — выведения из запоя на дому круглосуточно выведения из запоя на дому круглосуточно Не тяните. Скиньте другу в беде.

  4. Слушайте что расскажу. Попал я в переплёт конкретный. Человек уже третьи сутки в штопоре. Жена в слезах. В диспансер везти — учёт на всю жизнь. Короче, нормальные врачи нашлись — вывести из запоя на дому качественно. Отошёл за полчаса. В общем, смотрите сами по ссылке — капельница от запоя телефон https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-samara-vwx.ru Каждая минута дорога. Скиньте другу в беде.

  5. Народ выручайте. Столкнулся с такой бедой. Муж просто пропадает. Дети не спят ночами. В диспансер везти — учёт на всю жизнь. Короче, единственное что реально помогло — вывод из запоя цены адекватные. Приехали через час. В общем, вся инфа вот здесь — поставить капельницу от запоя на дому цена https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-xtz.ru Не надейтесь на авось. Перешлите тому кому надо.

  6. Самарцы всем привет. Жесть случилась полная. Муж просто пропадает. Жена в слезах. Скорая не едет. Короче, нормальные врачи нашлись — профессиональное выведение из запоя капельницей. Приехали через час. В общем, там контакты и прайс — снять запой на дому снять запой на дому Не надейтесь на авось. Перешлите тому кому надо.

  7. Народ выручайте. Столкнулся с такой бедой. Брат пьёт без остановки. Соседи стучат в дверь. Платные клиники просят бешеные деньги. Короче, единственное что реально помогло — срочный вывод из запоя круглосуточно. Отошёл за полчаса. В общем, сохраняйте на будущее — вывод из запоя самара на дому https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-samara-bcd.ru Не тяните. Скиньте другу в беде.

  8. Слушайте что расскажу. Жесть случилась полная. Брат пьёт без остановки. Жена в слезах. В диспансер везти — учёт на всю жизнь. Короче, единственное что реально помогло — срочный вывод из запоя круглосуточно. Отошёл за полчаса. В общем, там контакты и прайс — вывод из запоя цена вывод из запоя цена Не надейтесь на авось. Скиньте другу в беде.

  9. Слушайте. Близкий человек в завязке. Жена места не находит. Скорая не приедет на такой вызов. В итоге, выручили только эти ребята — вывод из запоя цены ниже чем в клиниках. Через пару часов человек задышал. В общем, жмите сейчас не пожалеете — вывод из запоя капельница екатеринбург https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-rfj.ru Промедление убивает. Кому надо перешлите.

  10. Слушайте. Такая херня приключилась. Родня разрывает телефон. Наркология платная — деньги выкачивают. В итоге, выручили только эти ребята — анонимное выведение из запоя без учёта. Примчались за полчаса. В общем, вся информация по ссылке — срочный вывод из запоя срочный вывод из запоя Звоните пока не поздно. Кому надо перешлите.

  11. Екатеринбург. Брат в штопоре. Жена рыдает. В диспансер везти — стыд на всю жизнь. В итоге, реально помогла эта бригада — срочное выведение из запоя с капельницей. Сняли интоксикацию за час. В общем, сохраните на будущее — вывести из запоя вывести из запоя Звоните прямо сейчас. Кто в беде — тому пригодится.

  12. Друзья ситуация жуткая. Столкнулся с такой бедой. Муж просто пропадает. Жена в слезах. Скорая не едет. Короче, нормальные врачи нашлись — срочный вывод из запоя круглосуточно. Поставили систему. В общем, смотрите сами по ссылке — запой врач на дом https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-samara-bcd.ru Каждая минута дорога. Скиньте другу в беде.

  13. Привет из Екатеринбурга. Знакомый уже неделю в запое. Жена уже не знает куда бежать. Скорая не приедет — не тот случай. В итоге, помогли только эти ребята — вывод из запоя на дому анонимно. Вкапали систему сразу. В общем, контакты и цены здесь — нарколог вывод из запоя нарколог вывод из запоя Не ждите чуда. Кому-то это может спасти жизнь.

  14. Слушайте что расскажу. Жесть случилась полная. Брат пьёт без остановки. Дети не спят ночами. В диспансер везти — учёт на всю жизнь. Короче, только это и спасло — вывести из запоя на дому качественно. Поставили систему. В общем, жмите чтобы не потерять — срочный вывод из запоя срочный вывод из запоя Не тяните. Перешлите тому кому надо.

  15. Привет из Екатеринбурга. Отец пьёт без просыпу. Жена уже не знает куда бежать. Платные врачи дерут космические деньги. Короче, помогли только эти ребята — круглосуточный вывод из запоя в Екатеринбурге. Вкапали систему сразу. В общем, сохраните себе на всякий случай — срочный вывод из запоя срочный вывод из запоя Каждый час без помощи — это риск. Кому-то это может спасти жизнь.

  16. Ребята. Отец ушел в штопор четвертые сутки. Жена места не находит. Скорая не приедет на такой вызов. В итоге, единственные кто не побоялся приехать — круглосуточный вывод из запоя на дом. Примчались за полчаса. В общем, там и цены и контакты — прокапаться от алкоголя прокапаться от алкоголя Звоните пока не поздно. Кто в беде — тому пригодится.

  17. Слушайте. Отец не просыхает уже пятый день. Соседи стучат в стену. Платная клиника дерёт три шкуры. В итоге, спасли только эти врачи — анонимный вывод из запоя без кодировки. Приехали быстро. В общем, жмите чтобы не забыть — вывод из запоя в екатеринбурге вывод из запоя в екатеринбурге Звоните прямо сейчас. Кто в беде — тому пригодится.

  18. Добрый день. Брат снова в штопоре. Дети ходят как в воду опущенные. Платные клиники — грабёж. Короче говоря, единственные кто помог без нервотрёпки — круглосуточный вывод из запоя в Екатеринбурге. Выехали быстро. В общем, жмите, чтобы не потерять — вывод из запоя недорого вывод из запоя недорого Каждая минута на вес золота. Вдруг пригодится.

  19. Ребята в Екбе. Человек в завязке уже почти неделю. Соседи уже стучат в стену. В диспансер тащить — клеймо на всю жизнь. Короче, врачи реально вытащили — вывод из запоя на дому анонимно. Сняли интоксикацию за час. В общем, подробности и расценки тут — капельница от запоя недорого https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-bqm.ru Каждый день без помощи — минус здоровье. Скиньте кому пригодится.

  20. Екатеринбург. Муж пьёт беспробудно. Жена рыдает. В диспансер везти — стыд на всю жизнь. В итоге, единственные кто не побоялся взяться — вывод из запоя на дому анонимно. К утру человек в норме. В общем, все контакты по ссылке — снятие интоксикации на дому снятие интоксикации на дому Звоните прямо сейчас. Перешлите кому надо.

  21. Привет из Екатеринбурга. Брат не вылезает из штопора. Родственники на ушах стоят. Платные врачи дерут космические деньги. В итоге, помогли только эти ребята — вывод из запоя на дому анонимно. Человек ожил через пару часов. В общем, жмите чтобы не забыть — прокапаться от запоя цена https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-pcl.ru Каждый час без помощи — это риск. Передайте тем, кто в беде.

  22. Всем привет из Екатеринбурга. Брат пьёт без остановки. Соседи уже стучат в стену. Платная наркология запрашивает бешеные деньги. Короче говоря, выручила только эта бригада — вывод из запоя на дому круглосуточно. К утру человек пришёл в себя. В общем, жмите чтобы сохранить — поставить капельницу от запоя на дому цена https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-ekaterinburg-nws.ru Звоните сейчас. Отправьте тем кто в беде.

  23. Приветствую всех. Брат снова в штопоре. Жена места себе не находит. В бесплатную наркологию — табу. Короче говоря, спасла только эта служба — срочная капельница на дому от запоя. Сняли алкогольную интоксикацию. В общем, вся инфа и контакты по ссылке — вывод из запоя на дому цена вывод из запоя на дому цена Звоните не раздумывая. Вдруг пригодится.

Deja un comentario