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

124 comentarios

  1. Доброго дня, земляки. Мой брат уже шестой день в запое. Мать плачет. Скорая не приедет на такой вызов. Короче, реально крутые врачи — капельница от запоя на дому. Сняли интоксикацию. В общем, жмите, чтобы сохранить — вывод из запоя санкт петербург https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-sankt-peterburg-qbf.ru Звоните прямо сейчас. Перешлите тем, кто в беде.

  2. Приветствую Ситуация жёсткая Поилки и таблетки не помогают Короче, единственное что реально спасает — капельница от похмелья быстрый результат Поставили капельницу с солевым раствором В общем, не потеряйте контакты — прокапаться после запоя на дому https://kapelnicza-ot-pokhmelya-voronezh-ges.ru Капельница — это быстро и эффективно Перешлите тем кто в такой же ситуации

  3. Доброго времени А на работу через пару часов Организм просто отказывается работать Короче, врачи приехали и поставили систему — капельница от похмелья недорого и качественно Поставили капельницу с солевым раствором В общем, не потеряйте контакты — капельница на дому воронеж https://kapelnicza-ot-pokhmelya-voronezh-xqt.ru Не мучайтесь рассолами Перешлите тем кто в такой же ситуации

  4. Самара, всем привет. Близкий человек уже пятые сутки в запое. Родные не знают, за что хвататься. Платная клиника — грабёж. Итог, спасла эта служба — вывод из запоя на дому недорого в Самаре. Приехали за 30 минут. В общем, вся инфа по ссылке — вызов нарколога на дом запой https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-samara-qzf.ru Не тяните. Вдруг пригодится.

  5. Салют, Нижний Новгород Мой брат уже неделю в запое Мать рыдает Никакие таблетки не помогают Короче, единственное что реально помогло — вывод из запоя в стационаре круглосуточно Врачи наблюдали 24/7 В общем, вся инфа по ссылке — лечение запоя в стационаре лечение запоя в стационаре Стационар — это реальный выход Перешлите тем кто в такой же ситуации

  6. Всем привет из Самары. Близкий человек снова сорвался. Соседи уже стучат в стену. Платная клиника — бешеные цены. Короче, реально крутые врачи — вывод из запоя дешево и качественно. Приехали через 40 минут. В общем, жмите, чтобы сохранить — вывод из запоя на дому круглосуточно https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-samara-nxc.ru Звоните прямо сейчас. Вдруг это спасёт чью-то жизнь.

  7. Здорова, народ Тошнит, трясёт, сил нет Рассол уже не лезет Короче, единственное что реально спасает — капельница от похмелья клиника на дому Голова прошла и тошнота ушла В общем, не потеряйте контакты — капельницы на дому воронеж https://kapelnicza-ot-pokhmelya-voronezh-xqt.ru Звоните прямо сейчас Перешлите тем кто в такой же ситуации

  8. Доброго времени, земляки. Мой брат уже четвёртые сутки в запое. Мать в отчаянии. В наркологию тащить — стыд и страх. Короче, реально профессиональные врачи — выведение из запоя на дому анонимно. Врач поставил систему. В общем, жмите, чтобы сохранить — вывод из запоя на дому вывод из запоя на дому Звоните прямо сейчас. Вдруг это спасёт чью-то жизнь.

  9. Доброго времени А на работу через пару часов Рассол уже не лезет Короче, врачи приехали и поставили систему — капельница от похмелья недорого и качественно Приехали через 30 минут В общем, не потеряйте контакты — сколько стоит прокапаться от алкоголя на дому https://kapelnicza-ot-pokhmelya-voronezh-xqt.ru Не мучайтесь рассолами Перешлите тем кто в такой же ситуации

  10. Здорова, народ Отец не выходит из штопора Жена в истерике В диспансер тащить — страшно и стыдно Короче, только стационар реально помог — вывод из запоя в стационаре круглосуточно Выписали через 5 дней без ломки В общем, не потеряйте контакты — вывод из запоя спб стационар https://vyvod-iz-zapoya-v-staczionare-sankt-peterburg-axm.ru Стационар — это реальный шанс Это может спасти чью-то семью

  11. Доброго вечера. Близкий человек уже пятые сутки в запое. Соседи уже вызывали полицию. Платная клиника — грабёж. Итог, единственные, кто приехал быстро — вывод из запоя дешево и без лишних трат. Врач поставил капельницу. В общем, сохраните — снятие интоксикации на дому https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-samara-qzf.ru Не тяните. Вдруг пригодится.

  12. Приветствую Голова раскалывается Рассол уже не лезет Короче, врачи приехали и поставили систему — капельница от похмелья недорого и качественно Вернулся к жизни В общем, не потеряйте контакты — сколько стоит капельница на дому цена https://kapelnicza-ot-pokhmelya-voronezh-xqt.ru Капельница — это быстро и эффективно Перешлите тем кто в такой же ситуации

  13. Всем привет из Воронежа После вчерашнего вообще никак Нужно что-то серьёзное Короче, нашел реально работающий способ — капельница от похмелья цена доступная Приехали через 30 минут В общем, не потеряйте контакты — капельница от запоя капельница от запоя Звоните прямо сейчас Перешлите тем кто в такой же ситуации

  14. Всем привет из Самары. Беда в семье. Родственники не знают, что делать. В диспансер тащить — позор. Короче, единственные, кто быстро приехал — вывод из запоя с выездом круглосуточно. Приехали через 40 минут. В общем, жмите, чтобы сохранить — выведение из запоя на дому выведение из запоя на дому Не ждите. Вдруг это спасёт чью-то жизнь.

  15. Привет из Черноземья Голова раскалывается Организм просто отказывается работать Короче, единственное что реально спасает — капельница от похмелья на дому срочно Голова прошла и тошнота ушла В общем, не потеряйте контакты — откапывание на дому https://kapelnicza-ot-pokhmelya-voronezh-mnb.ru Капельница — это быстро и эффективно Перешлите тем кто в такой же ситуации

  16. Доброго вечера. Отец не выходит из штопора. Мать на грани срыва. Скорая не приедет на такой вызов. Итог, единственные, кто приехал быстро — вывод из запоя с выездом круглосуточно. Врач поставил капельницу. В общем, сохраните — снятие интоксикации на дому https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-samara-qzf.ru Каждый час на счету. Вдруг пригодится.

  17. Приветствую народ Соседний мужик совсем спился Соседи уже звонят в полицию Скорая отказывается выезжать Короче, врачи стационара реально помогли — наркология вывод из запоя в стационаре с психотерапией Врачи и медсёстры круглосуточно В общем, телефон и цены тут — выведение из запоя санкт петербург стационар https://vyvod-iz-zapoya-v-staczionare-sankt-peterburg-zqe.ru Не надейтесь на чудо Перешлите тем кто в такой же беде

  18. Доброго времени, земляки Близкий человек просто умирает на глазах Мать плачет Платная наркология — бешеные счета Короче, врачи стационара реально помогли — лечение запоя в стационаре комплексно Врачи и медсёстры круглосуточно В общем, не потеряйте контакты — лечение запоя в стационаре лечение запоя в стационаре Стационар — единственное решение Это может спасти жизнь близкого

  19. Доброго времени, земляки. Отец не выходит из штопора. Родственники не знают, как помочь. Платная клиника — деньги выкачивает. Короче, спасла эта бригада — капельница от запоя на дому. Через пару часов человек пришёл в себя. В общем, жмите, чтобы сохранить — выведение из запоя на дому https://vyvod-iz-zapoya-na-domu-samara-rtw.ru Каждый час ухудшает состояние. Перешлите тем, кто рядом с бедой.

  20. Друзья ситуация Брат снова сорвался в пьянку Родственники не знают что делать Платная клиника — бешеные деньги Короче, только стационар реально помог — выведение из запоя в стационаре полный курс Даже кодировку сделали В общем, телефон и цены тут — вывод из запоя стационар вывод из запоя стационар Не надейтесь что само пройдёт Это может спасти чью-то семью

  21. Listen up, fellows Tired of delayed withdrawals and silent customer support everywhere, Almost gave up on online gambling as a whole but this specific one actually works without any issues, backed by great feedback on independent tracking forums. The service support replies in seconds via live chat,

    In any case, if you are looking for a tested spot, all the verified info is right here ph365 ph365 Don’t fall for those shady social media scams, definitely share this post with anyone who’s still looking for a decent casino!

  22. Здорова, народ Кошмар полный Жена рыдает в голос В диспансер тащить — страшно Короче, спасла только госпитализация — вывод из запоя стационар с круглосуточным мониторингом Положили в палату с кондиционером В общем, телефон и цены тут — нарколог вывод из запоя в стационаре нарколог вывод из запоя в стационаре Стационар — это реальный шанс Перешлите тем кто в такой же ситуации

  23. Друзья ситуация Беда пришла в семью Родственники не знают что делать Платная клиника — бешеные деньги Короче, только стационар реально помог — быстрый вывод из запоя в стационаре за 3 дня Врачи наблюдали круглосуточно В общем, жмите чтобы сохранить — вывод из запоя в наркологическом стационаре вывод из запоя в наркологическом стационаре Не надейтесь что само пройдёт Это может спасти чью-то семью

  24. Приветствую народ Отец не встаёт с кровати Соседи уже звонят в полицию Платная наркология — бешеные счета Короче, спасла только госпитализация — вывод из запоя в стационаре с полным обследованием Выписали через 4 дня здоровым В общем, телефон и цены тут — нарколог вывод из запоя в стационаре https://vyvod-iz-zapoya-v-staczionare-sankt-peterburg-zqe.ru Звоните прямо сейчас Перешлите тем кто в такой же беде

Deja un comentario