[Wade L.G.] - Química Orgánica Tomo 1

144 CAPÍTULO 4 El estu dio d e las reacciones quím icas
PROBLEMA 4 -1 4
(a) Dibuje el diagrama de energía de reacción para la reacción inversa:
•CH3 + HCl -----* CH4 + Cl*
(b) ¿Cuál es la energía de activación de esta reacción inversa?
(c) ¿Cuál es el calor de reacción (AH°) de esta reacción inversa?
PROBLEMA 4 -1 5
(a) Dibuje un diagrama de energía de reacción para la siguiente reacción:
•CH3 + Cl2 -----► CH3C1 + Cl*
La energía de activación es 4 kJ/mol (1 kcal/mol),y el AH° global de la reacción es -109 kJ/mol
(-2 6 kcal/mol).
(b) Escriba la ecuación de la reacción inversa.
(c) ¿Cuál es la energía de activación de la reacción inversa?
4-11
Rapidez de reacciones
con varios pasos
Muchas reacciones se desarrollan mediante mecanismos que involucran varios pasos y varios
intermediarios. Por ejemplo, como vimos en la sección 4-7, la reacción del metano con cloro
pasa por dos pasos de propagación. Aquí mostramos dichos pasos, junto con sus calores de
reacción y sus energías de activación. Sólo presentamos los pasos de propagación porque la
rapidez del paso de iniciación es controlada por la cantidad de luz o calor disponible para disociar
a las moléculas de cloro.
CH4
*CH3
Cl-
CI2
Paso
•CH3 + HC1
CH 3C1 + O
AH° (por m ol)
+ 4 k J ( +1 kcal)
-1 0 9 kJ ( - 2 6 kcal)
E&(por mol)
17 kJ (4 kcal)
4 kJ ( 1 kcal)
En esta reacción, el Cl* y el CH3*son intermediarios reactivos. A diferencia de los estados
de transición, los intermediarios reactivos son estables mientras no colisionan con otros átomos
o moléculas. Sin embaigo, el, Cl* y el CH3*como radicales libres son muy reactivos frente
a otras moléculas. La figura 4-4 muestra un perfil individual de la energía de reacción que
incluye los dos pasos de propagación de la cloración. La energía máxima (puntos más altos)
corresponde a los estados de transición inestables, y la energía mínima (puntos más bajos) conesponde
a los intermediarios. Este perfil completo de energía nos da la información más importante
sobre las energías de la reacción.
Paso limitante de la rapidez En una reacción de varios pasos, cada uno tiene su propia
rapidez característica. Sin embargo, sólo puede haber una rapidez de reacción global, la cual es
controlada por el paso limitante de la rapidez (también conocido como paso determinante
de la rapidez). En general, el paso de mayor energía de una reacción de varios pasos es el
“cuello de botella” , y éste determina la rapidez global. ¿Cómo podemos saber cuál es el paso
limitante de la rapidez? Si tenemos el diagrama de energía de reacción, es sencillo: el punto
más elevado del diagrama de energía es el estado de transición con mayor energía; por lo general
el estado de transición del paso limitante de la rapidez.
■ FIGURA 4-4
Diagrama combinado de energía de
reacción para la cloración del metano.
La energía máxima corresponde a
los estados de transición, y la energía
mínima a los intermediarios.
(Las unidades son kJ/mol).