Energía de activación y catalizadores

Energía de activación

¿Has jugado alguna vez al golf en miniatura? Casi todos los campos tienen un hoyo con una colina en el medio de la calle. Tienes que golpear la pelota con la fuerza suficiente para que suba por la colina. La pelota se ralentiza a medida que sube la colina, luego gana velocidad en el lado más alejado de ella. Si no golpeas la pelota con la fuerza suficiente, no pasará la colina.

La fuerza con la que debes golpear la pelota es análoga a la energía de activación en química. Sabes que para que ocurra una reacción, dos moléculas deben chocar con suficiente energía para que se rompan los enlaces y se formen otros nuevos. Sin suficiente energía, la reacción no ocurrirá. La energía de activación es la cantidad mínima de energía que se necesita para iniciar una reacción química.

Observe la reacción de hidrógeno y oxígeno formando agua: 2H2 + O2 -> 2H2O. Esta reacción es exotérmica, lo que significa que emite energía al formar el producto. Cualquier reacción que termine en un estado de energía más bajo de lo que comenzó es generalmente una reacción que sucederá espontáneamente. Nuestra atmósfera tiene alrededor de 20% de oxígeno y 0,00005% de hidrógeno. ¿Por qué no se juntan y forman agua todo el tiempo? Es porque la reacción del oxígeno y el hidrógeno para producir agua requiere una gran cantidad de energía de activación para comenzar. La colina que necesita subir para llegar al estado de activación es enorme.

Veamos un gráfico de energía frente al curso de una reacción:

Se necesita energía de activación para subir la colina hacia una reacción química.

Puedes ver esta enorme colina en el gráfico. La colina de energía que debe subir una reacción es la colina de energía de activación.

Complejo activado

Ahora, la energía de activación solo te llevará hasta cierto punto. Te lleva a la cima de la colina. Después de eso, hay una probabilidad del 50/50 de que ocurra la reacción, ya sea yendo por la colina y bajando por el otro lado o no sucediendo y cayendo hacia el punto de partida.

En ese punto, en la cima de la colina (al igual que en el gráfico anterior), los reactivos se encuentran en un estado de transición. Durante este estado, las moléculas chocan con suficiente energía como para que se rompan los enlaces y se formen otros nuevos. Cuando hacen esto, están creando un complejo activado. Un complejo activado es un estado inestable que se encuentra entre los reactivos y los productos en una reacción química.

Durante el estado de transición, las moléculas chocan y rompen enlaces.

El complejo activado es de muy corta duración. Los lazos se rompen y se rehacen y la reacción continúa a ambos lados de la colina. No todas las colisiones entre moléculas dan como resultado la fabricación de un producto. Es un poco como el amor. No solo debes conocer a la persona adecuada en tu vida, sino que las circunstancias en el momento de la reunión (relaciones actuales o fallidas recientemente, edad y momento) afectan si te enamoras.

En una reacción química, las moléculas no solo deben chocar con suficiente energía, sino que deben chocar con la otra molécula correcta en la orientación correcta con sus electrones en los lugares adecuados para que ocurra una reacción.

Catalizador

Como puede ver, tener una reacción puede requerir mucha suerte, tiempo y energía. Sin embargo, en el cuerpo humano y en la naturaleza, no podemos permitirnos el lujo de esperar por estas cosas. La vida se mueve rápidamente y necesitamos que las cosas sucedan rápidamente. Puede agregar más reactivo para aumentar la velocidad de una reacción, pero esto no ayuda a que la reacción supere esa enorme colina llamada energía de activación. Por suerte, algo lo hace. Se llama catalizador.

Un catalizador es una sustancia que cambia la velocidad de una reacción química sin consumirse en la reacción. Un catalizador nunca se agota. Se regenera mediante la reacción química, por lo que se puede utilizar una y otra vez.

Los catalizadores funcionan reduciendo la energía de activación que necesita una reacción para continuar. Baja la colina. Lo hace creando un camino diferente para que la reacción tome para llegar a su producto final.

Las enzimas de nuestro cuerpo son catalizadores.

Es muy bueno que tengamos catalizadores. Sin catalizadores, las reacciones que necesitamos para que nuestros cuerpos sobrevivan ocurrirían demasiado lentamente para sustentar la vida. La mayoría de los catalizadores del cuerpo son enzimas. Las enzimas son moléculas de proteínas de gran tamaño que son muy específicas de sus reacciones individuales y ayudan a catalizar procesos metabólicos que de otro modo ocurrirían con demasiada lentitud. Las enzimas son importantes, como sabría si es intolerante a la lactosa y no puede comer helado. La lactasa es una enzima que ayuda a digerir la lactosa, que es el azúcar presente en la leche. Quienes no lo tienen no pueden digerir los productos lácteos y no pueden comer helado.

Resumen de la lección

Para que se produzca una reacción, dos moléculas deben chocar con suficiente energía para que se rompan los enlaces y se formen otros nuevos. Sin suficiente energía, la reacción no ocurrirá. La energía de activación es la cantidad mínima de energía que se necesita para iniciar una reacción química. Una vez que se inicia una reacción, se forma un complejo activado. Un complejo activado es un estado inestable que se encuentra entre los reactivos y los productos en una reacción química.

Un catalizador es una sustancia que cambia la velocidad de una reacción química sin consumirse en la reacción. Un catalizador nunca se agota. Se regenera mediante la reacción química, por lo que se puede utilizar una y otra vez.

Los resultados del aprendizaje

Al final de esta lección, podrá:

• Explica qué es la energía de activación y por qué es importante.
• Definir complejo activado
• Describir cómo funciona un catalizador y la importancia de los catalizadores en el cuerpo humano.
• Resumir cómo ocurre una reacción química usando los términos energía de activación, estado de transición, complejo activado y catalizador.