La Reaccion Quimica

La Reaccion Quimica

Reacción química

Una reacción química es un proceso que lleva a la transformación de un conjunto de sustancias químicas a otro. [1] Las reacciones químicas pueden ser espontánea , sin necesidad de aporte de energía , o no espontánea, por lo general después de la entrada de algún tipo de energía , a saber. el calor , la luz o la electricidad . Clásicamente, las reacciones químicas abarcan cambios que estrictamente implican el movimiento de electrones en la formación y ruptura de enlaces químicos , aunque el concepto general de una reacción química, en particular, la noción de una ecuación química , es aplicable a las transformaciones de las partículas elementales , así como las reacciones nucleares .

La sustancia (o sustancias) que participaron inicialmente en una reacción química se llaman reactivos o reactivos . Las reacciones químicas se caracterizan por un cambio químico , y con ellos se obtienen uno o más productos , que suelen tener diferentes propiedades de los reactivos. Las reacciones a menudo consisten en una secuencia de los distintos sub-etapas, el llamado reacciones elementales , y la información sobre el curso de acción preciso es parte del mecanismo de reacción . Las reacciones químicas se describen con ecuaciones químicas , que presentan gráficamente las materias primas, productos finales, y algunas veces los productos intermedios y condiciones de reacción.

Diferentes reacciones químicas se utilizan en combinación de síntesis química con el fin de obtener el producto deseado. En bioquímica , la serie de reacciones químicas catalizadas por enzimas forman las vías metabólicas , por el cual síntesis y descomposición imposible en condiciones normales se realizan dentro de una celda .

Historia

Las reacciones químicas como la combustión en el incendio , la fermentación y la reducción de minerales de metales eran conocidos desde la antigüedad. Las teorías iniciales de la transformación de los materiales fueron desarrollados por los filósofos griegos, como la de cuatro elementos Teoría de Empédocles que indica que cualquier sustancia se compone de los cuatro elementos básicos - fuego, agua, aire y tierra. En la Edad Media, las transformaciones químicas fueron estudiados por los alquimistas . Intentaron, en particular, para convertir el plomo en oro , para lo cual utiliza las reacciones de plomo y aleaciones de cobre-plomo con azufre . [2]

La producción de sustancias químicas que normalmente no ocurren en la naturaleza siempre ha sido tratado, tales como la síntesis de sulfúrico y ácido nítrico atribuido a la polémica alquimista Jabir ibn Hayyan . El proceso consistió en el calentamiento de sulfato y nitrato de minerales como el sulfato de cobre , alumbre y salitre . En el siglo 17, Johann Rudolph Glauber produce ácido clorhídrico y sulfato de sodio por reacción de ácido sulfúrico y cloruro de sodio . Con el desarrollo del proceso de cámaras de plomo en 1746 y el proceso de Leblanc , que permite la producción a gran escala de ácido sulfúrico y carbonato de sodio , respectivamente, las reacciones químicas se convirtió en práctica en la industria. una mayor optimización de la tecnología de ácido sulfúrico dio lugar a la proceso de contacto en la década de 1880, [3] y el proceso Haber fue desarrollado en 1909–1910 por el amoníaco síntesis. [4]

Desde el siglo 16, los investigadores incluidos Jan Baptist van Helmont , Robert Boyle y Newton Isaac trató de establecer las teorías de la química transformaciones observadas experimentalmente. La teoría del flogisto fue propuesta en 1667 por Johann Joachim Becher . Se postula la existencia de una-como elemento de fuego llamado “flogisto”, que figuraba en los órganos de combustible y se libera durante la combustión . Esto resultó ser falsa en 1785 por Antoine Lavoisier quien encontró la explicación correcta de la combustión como la reacción con el oxígeno del aire. [5]

Joseph Louis Gay-Lussac reconoció en 1808 que los gases siempre reaccionan de una cierta relación entre sí. Basado en esta idea y la teoría atómica de John Dalton , José Proust había desarrollado la ley de las proporciones definidas , que más tarde dio lugar a los conceptos de estequiometría y ecuaciones químicas . [6]

En cuanto a la química orgánica , que mucho tiempo se creyó que los compuestos obtenidos de organismos vivos son demasiado complejos para ser obtenidos sintéticamente . De acuerdo con el concepto de vitalismo , la materia orgánica fue dotado de una “fuerza vital” y distinguirse de los materiales inorgánicos. Esta separación se acabó sin embargo por la síntesis de la urea a partir de precursores inorgánicos por Friedrich Wöhler en 1828. Otros químicos que trajo importantes contribuciones a la química orgánica son Alexander William Williamson con la síntesis de éteres y Christopher Kelk Ingold , que, entre muchos descubrimientos, ha establecido los mecanismos de reacciones de sustitución . Ecuaciones

Las ecuaciones químicas se utilizan para ilustrar gráficamente las reacciones químicas. Se componen de productos químicos o fórmulas estructurales de los reactivos a la izquierda y los de los productos de la derecha. Están separados por una flecha (→), que indica la dirección y el tipo de la reacción. La punta de la flecha apunta en la dirección en la que transcurre la reacción. Una flecha doble ( está en equilibrio con ) Que apuntan en direcciones opuestas se utiliza para las reacciones de equilibrio . Las ecuaciones deben ser equilibrados de acuerdo con la estequiometría , el número de átomos de cada especie debe ser la misma en ambos lados de la ecuación. Esto se logra ampliar el número de moléculas implicadas (A, B, C y D en un ejemplo de esquema a continuación) por los números enteros adecuada a, b, c, d. [7]

Mathrm {a \ A + b \ B \ longrightarrow c \ c + d \ D}

Las reacciones más complejas están representados por los sistemas de reacción, que además de las materias primas y productos intermedios muestran importantes o estados de transición . Además, algunas adiciones relativamente menor a la reacción puede ser indicado por encima de la flecha de reacción; ejemplos de esas adiciones son el agua, el calor, la iluminación, un catalizador, etc Del mismo modo, algunos productos de menor importancia se pueden colocar debajo de la flecha, a menudo con un signo menos . Un ejemplo de reacción orgánica: la oxidación de cetonas a ésteres de ácido peroxycarboxylic

análisis retrosintético se pueden aplicar para diseñar un complejo de reacción de síntesis. Aquí, el análisis parte de los productos, por ejemplo mediante el fraccionamiento de los bonos seleccionados químicos, para llegar a plausibles reactivos iniciales. Una flecha especiales (⇒) se utiliza en las reacciones de retro. [8] Primaria reacciones

La reacción primaria es la división más pequeña en la que la reacción puede ser una sustancia química que descompone, no tiene productos intermedios. [9] La mayoría de las reacciones observadas experimentalmente se construyen de muchas reacciones elementales que se producen en paralelo o secuencialmente. La secuencia real de las reacciones elementales individuales que se conoce como mecanismo de reacción . Una reacción elemental consiste en unas pocas moléculas, por lo general uno o dos, a causa de la baja probabilidad de varias moléculas que se encuentran en un momento determinado. [10] Isomerización de azobenceno , inducida por la luz (hv) o calor (Δ)

Las reacciones primarias más importantes son las reacciones unimoleculares y bimoleculares. Sólo una molécula está involucrada en una reacción unimolecular, es transformada por una isomerización o una disociación en una o varias otras moléculas. Tal reacción requiere la adición de la energía en forma de calor o la luz. Un ejemplo típico de una reacción unimolecular es el cis-trans isomerización , en la que el cis-forma de un compuesto se convierte en el trans-forma o viceversa. [11]

En una típica disociación de la reacción, un enlace en una molécula resultante se divide en dos fragmentos moleculares. La división puede ser homolítica o heterolítica . En el primer caso, la fianza se divide de manera que cada producto retiene un electrón y se convierte en un neutral radicales . En el segundo caso, los dos electrones del enlace químico quedarse con uno de los productos, resultando en cargos iones . La disociación desempeña un papel importante en el desencadenamiento de reacciones en cadena , tales como hidrógeno-oxígeno o polimerización de las reacciones.

Mathrm {AB \ longrightarrow A + B}

la disociación de una molécula AB en fragmentos A y B

Para las reacciones bimoleculares, dos moléculas chocan y reaccionan entre sí. Su fusión se llama síntesis química o una reacción de adición .

Mathrm {A + B \ longrightarrow AB}

Otra posibilidad es que sólo una porción de una molécula se transfiere a la otra molécula. Este tipo de reacción se produce, por ejemplo, en reacciones redox y ácido-base. En las reacciones redox, la partícula se transfiere un electrón, mientras que en las reacciones ácido-base es un protón. Este tipo de reacción también se llama metátesis . Mathrm {HA + B \ longrightarrow A + HB}

por ejemplo,

Na Cl? (aq) + Ag NO 3? (ac) → NaNO 3 (aq) + Ag Cl? (s)

Equilibrio químico Artículo principal: Equilibrio químico

La mayoría de las reacciones químicas son reversibles, es decir que se puede y se ejecutan en ambas direcciones. Las reacciones directa e inversa están compitiendo entre sí y se diferencian en las velocidades de reacción . Estas tarifas dependen de la concentración y por lo tanto cambia con el tiempo de la reacción: la tasa de revertir gradualmente aumenta y llega a ser igual a la velocidad de la reacción hacia adelante, se establece el equilibrio químico llamado. El tiempo para alcanzar el equilibrio depende de parámetros tales como temperatura, presión y los materiales involucrados, y está determinado por el mínimo de energía libre . En el equilibrio, la energía libre de Gibbs debe ser cero. La dependencia de la presión se puede explicar con el principio de Le Chatelier es . Por ejemplo, un aumento de presión debido a la disminución del volumen hace que la reacción al cambio de al lado con el menor número de moles de gas. [12]

La reacción de rendimiento estabilizado en el equilibrio, pero se puede aumentar mediante la eliminación del producto de la mezcla de reacción o el aumento de la temperatura o la presión. Cambios en las concentraciones iniciales de las sustancias no afecta el equilibrio. Termodinámica

Las reacciones químicas son en gran parte determinada por las leyes de la termodinámica . Las reacciones pueden proceder por sí mismos si son exergónicas , es decir si la liberación de energía. La energía libre asociado de la reacción se compone de dos cantidades diferentes termodinámica, entalpía y entropía : [13]

Mathrm {\ Delta G = \ Delta H - T \ cdot \ Delta S}

H: G energía libre, entalpía T: temperatura, S: entropía, Δ: Diferencia

Las reacciones pueden ser exotérmicas , donde DELTA.H es negativa y la energía se libera. Ejemplos típicos de las reacciones exotérmicas son la precipitación y la cristalización , en la que ordenó a los sólidos se forman a partir desordenada o líquido fases gaseosas. En cambio, en endotérmica reacciones, el calor se consume en el medio ambiente. Esto puede ocurrir mediante el aumento de la entropía del sistema, a menudo a través de la formación de productos de reacción gaseosos, que tienen una entropía alta. Dado que la entropía aumenta con la temperatura, muchas reacciones endotérmicas preferentemente llevará a cabo a altas temperaturas. Por el contrario, muchas reacciones exotérmicas, como la cristalización se producen a bajas temperaturas. Los cambios de temperatura a veces puede invertir la dirección de una reacción, como en la reacción Boudouard :

Mathrm {CO_2 + C \ rightleftharpoons 2 \ CO \, \ quad \ Delta H = ^ mol 172.45 \ kJ \ cdot {−1}}

Esta reacción entre el dióxido de carbono y el carbono para formar monóxido de carbono es endotérmico a temperaturas por encima de aproximadamente 800 ° C y es exotérmica por debajo de esta temperatura. [14]

Las reacciones también pueden ser caracterizados con el interior de la energía que tenga en cuenta los cambios en la entropía, el volumen y potencial químico . Este último depende, entre otras cosas, sobre la actividad de las sustancias involucradas. [15]

Mathrm {d} U = T \, {d} S - p \, {d} V + \ mu \, {d} \ n!

S: U interior de la energía, la entropía, p: presión, μ: potencial químico, n: número de moléculas, d: cambio de signo pequeños

Cinética

La velocidad a la que las reacciones se lleva a cabo es estudiado por la cinética de reacción . La tasa depende de varios parámetros, tales como:

Reactivo concentraciones, que suelen hacer la reacción ocurra a un ritmo más rápido si recaudados a través de colisiones por unidad de tiempo mayor. Algunas reacciones, sin embargo, tienen tasas que son independientes de las concentraciones de reactivos. Estos se llaman reacciones de orden cero .

Superficie disponible para el contacto entre los reactivos, en particular, los sólidos en sistemas heterogéneos. las superficies más grandes conducir a mayor velocidad de reacción.

Presión - el aumento de la presión disminuye el volumen entre las moléculas y por lo tanto aumenta la frecuencia de colisiones entre las moléculas.

La energía de activación , que se define como la cantidad de energía necesaria para hacer que la reacción de iniciar y llevar a cabo de forma espontánea. Mayor energía de activación implica que los reactivos necesitan más energía para comenzar de una reacción con una energía de activación más bajo.

La temperatura , lo que acelera las reacciones en caso planteado, ya que aumenta la temperatura más alta es la energía de las moléculas, creando más colisiones por unidad de tiempo,

La presencia o ausencia de un catalizador . Los catalizadores son sustancias que modifican la vía (mecanismo) de una reacción que a su vez aumenta la velocidad de una reacción de reducción de la energía de activación necesaria para que la reacción tenga lugar. Un catalizador no es destruido o cambiado durante una reacción, por lo que puede ser utilizado de nuevo.

para algunas reacciones, la presencia de la radiación electromagnética , especialmente luz ultravioleta , es necesaria para promover la ruptura de los enlaces para iniciar la reacción. Esto es particularmente cierto para las reacciones que implican radicales .

Varias teorías permiten calcular las velocidades de reacción a nivel molecular. Este campo se conoce como dinámica de las reacciones. V El tipo de una orden de la primera reacción , que podría ser la desintegración de una sustancia, viene dado por:

v = - \ frac {d [\ mathrm ā]} {dt} = k \ cdot [\ mathrm ā]

Su rendimiento de la integración:

Mathrm {[A]} (t) = \ mathrm {[A]} _ {0} \ cdot e ^ {-k \ cdot t}

Aquí k es el orden de primer nivel constante 1/tiempo dimensión que tiene, [A] (t) es la concentración en un tiempo t y [A] 0 es la concentración inicial. La velocidad de una reacción de primer orden sólo depende de la concentración y las propiedades de la sustancia en cuestión, y la misma reacción puede ser descrita con la característica de la vida media . Más de una constante de tiempo es necesario para describir las reacciones de orden superior. La dependencia de la temperatura de la constante de velocidad por lo general sigue la ecuación de Arrhenius :

k = K_0 e ^ {{-E_a} / {K_ {B}}} T

donde E es la energía de activación y k B es la constante de Boltzmann . Uno de los modelos más sencillos de la velocidad de reacción es la teoría de la colisión Los modelos más realistas se adaptan a un problema específico e incluyen la teoría del estado de transición , el cálculo de la superficie de energía potencial , la teoría de Marcus y el arroz-Ramsperger-Kassel Marcus (RRKM) la teoría . [16] Reacción de los tipos La oxidación y la reducción de Ilustración de una reacción redox Las dos partes de una reacción redox

Redox reacciones pueden ser entendidas en términos de transferencia de electrones de una especie que se trate ( agente reductor ) a otra ( agente oxidante ). En este proceso, la primera especie se oxida y el segundo se reduce, por tanto, la redox plazo. Aunque suficiente para muchos propósitos, estas descripciones no son precisamente correcto. La oxidación es mejor definida como un aumento en el número de oxidación y reducción como una disminución en el número de oxidación. En la práctica, la transferencia de electrones siempre va a cambiar el número de oxidación, pero hay muchas reacciones que se clasifican como “redox” aun cuando no se produce transferencia de electrones (como las relacionadas con covalente bonos). [17] [18]

Un ejemplo de una reacción redox es la siguiente:

2 S 2 O 3 2 - (aq) + I 2 (aq) → S 4 O 6 2 - (aq) + 2 I - (aq)

Aquí I 2 se reduce a I - y S 2 O 3 2 - ( tiosulfato de aniones) se oxida a S 4 O 6 2 -.

¿Cuál de los reactivos implicados sería oxidante o agente puede predecirse a partir de la electronegatividad de sus elementos. Los elementos con electronegatividad baja, como la mayoría de los metales , de fácil donar electrones y se oxidan - son agentes reductores. En el, muchos iones contrario con los números de oxidación, tales como H 2 O 2 , MnO - 4 , CrO 3 , Cr 2 O 2 - 7 , OsO 4 ) puede ganar uno o dos electrones extra y son agentes oxidantes fuertes.

El número de electrones donados o aceptado en una reacción redox se puede predecir a partir de configuración electrónica del elemento reactivo. Los elementos están tratando de llegar a la baja energía de los gases nobles de configuración, por lo que los metales alcalinos y los halógenos donará y aceptar un electrón, respectivamente, y los gases nobles ellos son químicamente inactivos. [19]

Una clase importante de reacciones redox son la electroquímica reacciones, donde los electrones de la fuente de alimentación se utiliza como agente reductor. Estas reacciones son particularmente importantes para la producción de elementos químicos, como cloro [20] o de aluminio . El proceso inverso en el cual los electrones son liberados en las reacciones redox y puede ser utilizado como energía eléctrica es posible y se usa en las baterías. Complejación Ferroceno - un átomo de hierro entre dos C 5 H 5 ligandos

En las reacciones de complejación, varios ligandos reaccionar con un átomo de metal para formar un complejo de coordinación . Esto se logra al proporcionar pares solitarios de los ligandos en vacío orbitales del átomo de metal y la formación de los bonos dipolar . Los ligandos son bases de Lewis , que pueden ser tanto los iones y moléculas neutras, como el monóxido de carbono, amoníaco o agua. El número de ligandos que reaccionan con un átomo metálico central se puede encontrar utilizando el electrón el artículo 18 , diciendo que la capas de valencia de un metal de transición , en conjunto, capacidad para 18 electrones , mientras que la simetría del complejo resultante se puede predecir con el campo cristalino la teoría y la teoría del campo ligando . reacciones de complejación también incluyen el intercambio de ligando , en los que uno o más ligandos se sustituyen por otro, y los procesos redox que cambian el estado de oxidación del átomo metálico central. [21] Reacciones ácido-base

Reacciones ácido-base implican transferencia de protones de una molécula ( ácido ) a otro ( de base ). Aquí, los ácidos actúan como donantes de protones y las bases como aceptores.

Mathrm {HA + B \ rightleftharpoons A ^ - ^ + HB +}

Reacción ácido-base, HA: ácido, B: Base, A -: la base conjugada, HB +: el ácido conjugado

El asociado de transferencia de resultados de protones en el llamado ácido conjugado y base conjugada. [22] La reacción inversa es posible, y así el ácido-base y base conjugados ácido-están siempre en equilibrio. El equilibrio está determinada por la base de constantes de disociación y el ácido (K a y K b) de las sustancias involucradas. Un caso especial de la base de la reacción del ácido es la neutralización , donde un ácido y una base, tomadas a la misma cantidad exactamente, la forma neutral de sal .

reacciones ácido-base puede tener diferentes definiciones dependiendo del concepto ácido-base de empleados. Algunos de los más comunes son:

Arrhenius definición: los ácidos se disocian en agua liberando H 3 O + iones; bases se disocian en agua liberando iones OH -.

bønsted-Lowry definición: Los ácidos son protones (H +) los donantes, las bases son aceptores de protones, lo que incluye la definición de Arrhenius. Lewis definición: Los ácidos son aceptores de pares de electrones, las bases son donantes par de electrones, lo que incluye la definición de Brønsted-Lowry.

Precipitación Precipitación

La precipitación es la formación de un sólido en una solución o dentro de otro sólido durante una reacción química. Por lo general, tiene lugar cuando la concentración de iones disueltos excede la solubilidad límite [23] y forma una sal insoluble. Este proceso puede ser asistido por la adición de un agente de precipitación o por la eliminación del disolvente. precipitación resultados rápidos en un amorfo microcristalina residuos y lento proceso o puede producir un solo cristales . Este último también puede ser obtenida por recristalización de las sales microcristalina. [24] De estado sólido, reacciones

Las reacciones pueden tener lugar entre dos sólidos. Sin embargo, debido a la relativamente pequeña de difusión en las tasas de los sólidos, las reacciones químicas correspondientes son muy lentos. Ellos son acelerados por el aumento de la temperatura de reacción y finalmente dividir el reactivo para aumentar el área de superficie de contacto. [25] Reacciones fotoquímicas En esta reacción de Paterno-Büchi , un grupo carbonilo fotoexcitados se agrega a un excitado de olefinas , que arroja una oxetane .

En las reacciones fotoquímicas , los átomos y las moléculas absorben la energía ( fotones ) de la luz de la iluminación y convertirse en un estado excitado . A continuación, puede liberar esta energía por los enlaces químicos de última hora, lo que produce radicales. Las reacciones fotoquímicas incluyen oxígeno, las reacciones de hidrógeno, polimerización por radicales , las reacciones en cadena y las reacciones de reordenamiento . [26]

Muchos procesos importantes involucran la fotoquímica. El principal ejemplo es la fotosíntesis , en la que la mayoría de las plantas utilizan la energía solar para convertir dióxido de carbono y el agua en glucosa , la eliminación de oxígeno como producto secundario. Los seres humanos dependen de la fotoquímica para la formación de vitamina D, y la visión se inicia una reacción fotoquímica de la rodopsina . [11] En luciérnagas , una enzima en el abdomen cataliza una reacción que da lugar a la bioluminiscencia . [27] importantes reacciones fotoquímicas Muchos, por ejemplo como la formación de ozono, se producen en la atmósfera de la Tierra y constituyen la química atmosférica . Catálisis Diagrama esquemático de la energía potencial que muestra el efecto de un catalizador en una reacción química endotérmica. La presencia de un catalizador se abre un camino de reacción diferente (en rojo) con una energía de activación más bajo. El resultado final y la termodinámica en general son los mismos. heterogéneas catalizadores sólidos se colocan en las mallas en cerámica convertidores catalíticos a fin de maximizar su superficie. Este convertidor de escape es de un Peugeot 106 S2 1100

En la catálisis , la reacción no se produce directamente, sino a través de una tercera sustancia conocida como catalizador . A diferencia de otros reactivos que participan en la reacción química, un catalizador no es consumido por la propia reacción, sin embargo, puede ser inhibida, desactivados o destruidos por procesos secundarios. Los catalizadores pueden ser utilizados en una fase diferente ( heterogénea ) o en la misma fase ( homogénea ) como los reactivos. En la catálisis heterogénea, los procesos típicos de secundaria incluyen coque en el catalizador se convierte en objeto de polímeros productos secundarios. Además, los catalizadores heterogéneos puede disolver en la solución en un sistema sólido-líquido o se evaporan en un sistema sólido-gas. Catalizadores sólo puede acelerar la reacción - productos químicos que retardan la reacción se llaman inhibidores. [28] [29] las sustancias que aumentan la actividad de los catalizadores son llamados promotores, y de sustancias que desactivan los catalizadores se denominan venenos catalíticos. Con un catalizador, una reacción que es cinéticamente inhibida por una alta energía de activación puede llevarse a cabo en contravención de esta energía de activación.

catalizadores heterogéneos suelen ser sólidos, en polvo con el fin de maximizar su superficie. De particular importancia en la catálisis heterogénea son los del grupo del platino metales y otros metales de transición, que se utilizan en hidrogenaciones , reformado catalítico y en la síntesis de productos químicos de los productos básicos, tales como ácido nítrico y amoniaco . Los ácidos son un ejemplo de un catalizador homogéneo, que aumentan la nucleofilicidad de carbonilos , lo que permite una reacción que de otro modo no proceder con electrófilos. La ventaja de los catalizadores homogéneos es la facilidad de mezcla con los reactivos, pero también pueden ser difíciles de separar de los productos. Por lo tanto, los catalizadores heterogéneos se prefieren en muchos procesos industriales. [30] Las reacciones en química orgánica

En química orgánica, además de la oxidación, reducción o reacciones ácido-base, un número de otras reacciones pueden llevarse a cabo que implican enlaces covalentes entre los átomos de carbono o de carbono y heteroátomos (como el oxígeno, nitrógeno, halógenos , etc.) Muchas reacciones específicas en química orgánica son reacciones nombre designado después de sus descubridores. Sustitución

En una reacción de sustitución , un grupo funcional en un determinado compuesto químico es sustituido por otro grupo. [31] Estas reacciones se pueden distinguir por el tipo de sustitución de especies en un nucleófilo , electrófilo o sustitución de radicales .

En el primer tipo, un nucleófilo , un átomo o molécula con un exceso de electrones y por lo tanto una carga negativa o carga parcial , sustituye a otro átomo o una parte del “sustrato” de la molécula. El par de electrones del nucleófilo ataca al sustrato de la formación de un nuevo bono, mientras que el grupo saliente sale con un par de electrones. El nucleófilo puede ser eléctricamente neutro o con carga negativa, mientras que el sustrato es generalmente neutro o cargado positivamente. Algunos ejemplos de nucleófilos son hidróxido de iones, alcóxidos , aminas y haluros . Este tipo de reacción se encuentra principalmente en hidrocarburos alifáticos , y rara vez en hidrocarburos aromáticos . Estos últimos tienen la densidad de electrones de alta y entrar en sustitución aromática nucleófila sólo con muy fuerte retirar los grupos de electrones . sustitución nucleofílica puede tener lugar por dos mecanismos diferentes, S N 1 y S N 2 . En sus nombres, S es la sustitución, N para nucleofílico, y el número representa el orden cinética de la reacción unimolecular o bimolecular. [32]

S N 1 mecanismo

S N 2 mecanismo de Los tres pasos de una reacción S N 2 . El nucleófilo es verde y el grupo saliente es de color rojo S N 2 reacción produce la inversión del equipo de música (inversión de Walden)

La S N 1, producto de la reacción en dos pasos. En primer lugar, el grupo saliente se elimina la creación de un carbocatión . Esto es seguido por una reacción rápida con el nucleófilo. [33]

En el mecanismo S N 2, el nucleófilo forma un estado de transición con la molécula atacada, y sólo entonces el grupo saliente es troceados. Estos dos mecanismos se diferencian en la estereoquímica de los productos. S N 1 lleva a la otra parte no-estereoespecífica y no dar lugar a un centro quiral, sino más bien en una serie de isómeros geométricos (cis / trans). Por el contrario, una inversión ( inversión de Walden ) de la actual estereoquímica previamente se observa en el mecanismo S N 2. [34]

sustitución electrófila es la contraparte de la sustitución nucleofílica en que el átomo o molécula atacar, un electrófilo , tiene baja densidad de electrones y por lo tanto una carga positiva. electrófilos típicos son el átomo de carbono de grupos carbonilo , carbocationes o azufre o nitronio cationes. Esta reacción tiene lugar casi exclusivamente en los hidrocarburos aromáticos, donde se le llama sustitución electrofílica aromática . Los resultados ataque electrófilo en la llamada σ-complejos, un estado de transición en la que el sistema aromático es abolida. A continuación, el grupo saliente, por lo general un protón, se separó y la aromaticidad se restaura. Una alternativa a la sustitución aromática es la sustitución electrofílica alifáticos. Es similar a la sustitución nucleofílica alifática y también tiene dos tipos principales, S E 1 y E S 2 [35] Mecanismo de sustitución electrofílica aromática

En el tercer tipo de reacción de sustitución, la sustitución radical, la partícula es un ataque radical . [31] Este proceso usualmente toma la forma de una reacción en cadena , por ejemplo en la reacción de los alcanos con halógenos. En el primer paso, la luz o el calor se desintegra las moléculas que contienen halógenos producen los radicales. Entonces la reacción como una avalancha hasta que dos radicales se encuentran y se recombinan. [36]

Mathrm {X {\ cdot} + {R - H} \ longrightarrow X {-} H + R {\ cdot}} Mathrm {R {\ cdot} + x_2 \ longrightarrow R {-} X + X {\ cdot}} Reacciones en la reacción en cadena de sustitución radical

Adición y eliminación

La otra parte y su contraparte, la eliminación , son reacciones que cambiar el número de sustituyentes en el átomo de carbono, y forma o escindir enlaces múltiples . dobles y triples enlaces se puede producir mediante la eliminación de un grupo saliente adecuado. Al igual que en la sustitución nucleofílica, hay varios mecanismos posibles reacciones que llevan el nombre de la respectiva orden de reacción. En el mecanismo E1, el grupo saliente es expulsado en primer lugar, la formación de un carbocatión. El siguiente paso, la formación del doble enlace, se lleva a cabo con la eliminación de un protón ( desprotonación ). El orden de salida se invierte en el mecanismo de E1cb, que es el protón se separó en primer lugar. Este mecanismo requiere la participación de una base. [37] Debido a las condiciones similares, tanto en las reacciones de eliminación E1 o E1cb siempre compiten con el S N 1 sustitución. [38]

eliminación E1

E1cb eliminación eliminación E2

El mecanismo E2 también requiere una base, pero el ataque de la base y la eliminación del grupo saliente proceder al mismo tiempo y no producen iones intermedios. En contraste con las eliminaciones E1, diferentes configuraciones estereoquímicas son posibles para el producto de la reacción en el mecanismo E2, porque el ataque de la base se produce preferentemente en la lucha contra la posición con respecto al grupo saliente. Debido a las condiciones similares y los reactivos, la eliminación E2 está siempre en competencia con el S N 2 de sustitución. [39] Electrófila adición de bromuro de hidrógeno

La contrapartida de la eliminación es la incorporación en los enlaces dobles o triples se convierten en enlaces simples. Al igual que las reacciones de sustitución, hay varios tipos de adiciones distinguen por el tipo de la partícula contrario. Por ejemplo, en la adición electrofílica del bromuro de hidrógeno, un electrófilo (protones) ataca al doble enlace formando un carbocatión , el cual reacciona con el nucleófilo (bromo). El carbocatión se puede formar a cada lado del doble enlace en función de los grupos unidos a sus extremos, y la configuración preferida puede ser predicho con el de la regla de Markovnikov . [40] Esta norma establece que “En la adición heterolítica de una molécula polar a un alqueno o alquino, el más electronegativo (nucleófilo) átomo (o parte) de la molécula polar se une al átomo de carbono con el número más pequeño de átomos de hidrógeno. “ [41]

Si la adición de un grupo funcional tiene lugar en el átomo de carbono menos sustituido del doble enlace, a continuación, la sustitución electrofílica con ácidos no es posible. En este caso, uno tiene que utilizar la reacción de hidroboración-oxidación , donde en el primer paso, el boro átomo actúa como electrófilo, y añade que el átomo de carbono menos sustituido. En el segundo paso, el nucleófilo hidroperóxido o halógeno anión ataca al átomo de boro. [42]

Mientras que la adición a los ricos alquenos y alquinos de electrones es principalmente electrofílica, la adición nucleofílica juega un papel importante para los múltiples bonos de carbono-heteroátomo, y sobre todo su representante más importante, el grupo carbonilo. Este proceso se asocia a menudo con la eliminación, de modo que después de la reacción del grupo carbonilo está presente de nuevo. Por lo tanto, llama reacción de adición-eliminación y puede ocurrir en derivados de ácido carboxílico tales como cloruros, ésteres o anhídridos. Esta reacción suele ser catalizada por ácidos o bases, donde el aumento de los ácidos por el electrofilicidad del grupo carbonilo al unirse al átomo de oxígeno, mientras que las bases mejorar la nucleofilicidad del nucleófilo atacante. [43] Catalizada por ácido Además mecanismo de eliminación

Además nucleófila de un carbanión u otro nucleófilo al doble enlace de un alfa, beta insaturados compuesto carbonílico que se proceda a través de la reacción de Michael , que pertenece a la clase más grande de las adiciones conjugadas . Este es uno de los métodos más útiles para la formación leve de enlaces CC. [44] [45] [46]

Algunas adiciones que no se puede ejecutar con nucleófilos y electrófilos, puede ser logrado con los radicales libres. Al igual que con la sustitución de los radicales libres, la adición de radicales procede como una reacción en cadena, y estas reacciones son la base de la polimerización por radicales libres . [47] Otros mecanismos de reacción orgánica El reordenamiento de Cope, de 3-metil-1 ,5-hexadieno Mecanismo de una reacción de Diels-Alder Orbitales se solapan en una reacción de Diels-Alder

En una reacción del cambio , el esqueleto de carbono de una molécula se reorganiza para dar un isómero estructural de la molécula original. Estos incluyen hidruro cambio reacciones tales como la reorganización-Meerwein Wagner , donde un hidrógeno , alquilo o arilo migra de un grupo de carbono a un carbono vecino. La mayoría de reordenamientos se asocian con la ruptura y la formación de nuevos enlaces carbono-carbono. Otros ejemplos son la reacción sigmatrópica como el reordenamiento de Cope . [48]

reordenamientos cíclicos son cicloadiciones y, en general, las reacciones pericíclicas , en donde dos o más de bonos que contienen moléculas de doble formar una molécula cíclica. Un ejemplo importante de la reacción de cicloadición es la reacción de Diels-Alder (el llamado [4 +2] cicloadición) entre un conjugado dieno y sustituido alqueno para formar un sustituido ciclohexeno sistema. [49]

Sea o no una cicloadición ciertos procedería depende de los orbitales electrónicos de las especies que participan, como sólo los orbitales con el mismo signo de la función de onda se superponen e interactúan de manera constructiva para formar nuevos vínculos. Cicloadición suele ser asistida por la luz o el calor. Estas perturbaciones como resultado arreglo diferente de los electrones en estado excitado de las moléculas implicadas y, por tanto, diferentes efectos. Por ejemplo, la [4 +2] reacciones Diels-Alder puede ser asistido por el calor mientras que el 2 +2] cicloadición [es selectiva inducida por la luz. [50] Debido a las características orbitales, el potencial para el desarrollo de estereoisoméricas productos a cicloadición es limitada, según lo descrito por la reglas de Woodward-Hoffmann . [51] Reacciones bioquímicas Ilustración del modelo de ajuste inducido de la actividad enzimática

Las reacciones bioquímicas son controlados principalmente por las enzimas . Estas proteínas específicamente puede catalizar una reacción única, por lo que las reacciones pueden ser controladas con gran precisión. La reacción tiene lugar en el sitio activo , una pequeña parte de la enzima que normalmente se encuentra en una hendidura o bolsillo forrado por aminoácido residuos, y el resto de la enzima se utiliza principalmente para la estabilización. La acción catalítica de las enzimas se basa en varios mecanismos como la forma molecular (“ajuste inducido”), la tensión de bonos, la proximidad y la orientación de las moléculas relativamente a la donación de la enzima de protones, o el retiro (ácido / catálisis básica), las interacciones electrostáticas y muchos otros. [52]

Las reacciones bioquímicas que se producen en los organismos vivos se conocen colectivamente como el metabolismo . Entre sus más importantes los mecanismos es el anabolismo , en los que diferentes ADN y los procesos controlados resultado de la enzima en la producción de moléculas de gran tamaño, como proteínas y los hidratos de carbono de las unidades más pequeñas. [53] Bioenergética estudios de las fuentes de energía para estas reacciones. Una fuente importante de energía es la glucosa , que pueden ser producidos por las plantas a través de la fotosíntesis o asimilados de los alimentos. Todos los organismos utilizan esta energía para producir trifosfato de adenosina (ATP), que se puede utilizar para activar otras reacciones. Aplicaciones Termita reacción procedimiento en la soldadura de tren. Poco después de esto, los flujos de hierro líquido en el molde alrededor del espacio ferroviario

Las reacciones químicas son fundamentales para la ingeniería química en el que se utilizan para la síntesis de nuevos compuestos de materias primas naturales tales como petróleo y minerales minerales . Es fundamental que la reacción de lo más eficiente posible, maximizando el rendimiento y minimizando la cantidad de reactivos, insumos de energía y los residuos. catalizadores son especialmente útiles para reducir la energía necesaria para la reacción y aumentando su velocidad de reacción . [54] [55 ]

Algunas reacciones específicas tienen sus aplicaciones de nicho. Por ejemplo, la termita de reacción se emplea para generar luz y calor en la pirotecnia y de soldadura . Aunque es menos controlable que la más convencional de soldadura oxi-combustible , soldadura por arco y soldadura de flash , que requiere menos equipo mucho y todavía se utiliza para reparar los rieles, sobre todo en zonas remotas. [56] Seguimiento

Los mecanismos de vigilancia de las reacciones químicas dependen en gran medida de la velocidad de reacción. Relativamente lento proceso se puede analizar sobre el terreno durante las concentraciones y las identidades de sus componentes individuales. herramientas importantes de análisis en tiempo real son la medición de pH y el análisis de absorción óptica (color) y espectros de emisión. Un método menos accesible, pero eficaz y no es la introducción de un isótopo radiactivo en la reacción y el seguimiento de cómo cambia con el tiempo y en el que se mueve a; este método se utiliza con frecuencia para analizar la redistribución de las sustancias en el cuerpo humano. Mayor rapidez de reacción suelen ser estudiado con espectroscopia láser ultrarrápida donde la utilización de femtosegundos láser permite que vivió la transición a corto estados exijan un control en tiempo reducido a unos pocos femtosegundos.

Chemical reaction. (2011, April 28). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 19:36, May 1, 2011, from http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Chemical_reaction&oldid=426413829

Reacción química

Reacción química, proceso en el que una o más sustancias —los reactantes— se transforman en otras sustancias diferentes —los productos de la reacción. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro.

Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.

Reacciones inorgánicas

Ácido-base Combustión Disolución Oxidación Precipitación Redox Reducción Neutralización

Fuente: Reaccion Quimica


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