Energía de activación de las enzimas
Se exploran enfoques para calcular directamente la energía de activación de una reacción química a partir de una simulación a una sola temperatura, con aplicaciones tanto a sistemas clásicos como cuánticos. La energía de activación se obtiene a partir de una función de correlación temporal que puede evaluarse a partir de las mismas trayectorias de dinámica molecular o dinámica cuántica utilizadas para evaluar la propia constante de velocidad y, por tanto, no requiere esencialmente ningún trabajo computacional adicional.
37 QUÍMICA INORGÁNICA, ORGÁNICA, FÍSICA Y ANALÍTICA; 71 MECÁNICA CLÁSICA Y CUÁNTICA, FÍSICA GENERAL; 74 FÍSICA ATÓMICA Y MOLECULAR; constantes de velocidad; dinámica química; flujo reactivo; simulación
abstractNote = {Se exploran enfoques para calcular directamente la energía de activación de una reacción química a partir de una simulación a una sola temperatura, con aplicaciones tanto a sistemas clásicos como cuánticos. La energía de activación se obtiene a partir de una función de correlación temporal que puede evaluarse a partir de las mismas trayectorias de dinámica molecular o de dinámica cuántica utilizadas para evaluar la propia constante de velocidad y, por tanto, no requiere esencialmente ningún trabajo computacional adicional.},
Tabla de energía de activación
Todas las moléculas poseen una cantidad mínima de energía. La energía puede ser en forma de energía cinética o de energía potencial. Cuando las moléculas chocan, la energía cinética de las moléculas puede utilizarse para estirar, doblar y, en última instancia, romper enlaces, lo que da lugar a reacciones químicas. Si las moléculas se mueven demasiado despacio, con poca energía cinética, o chocan con una orientación inadecuada, no reaccionan y simplemente rebotan unas contra otras. Sin embargo, si las moléculas se mueven lo suficientemente rápido con una orientación de colisión adecuada, de forma que la energía cinética al colisionar es mayor que la barrera de energía mínima, entonces se produce una reacción. El requisito mínimo de energía que debe cumplirse para que se produzca una reacción química se denomina energía de activación, \(E_a\).
Figura 1: En la mitología griega, Sísifo fue castigado a hacer rodar una inmensa roca por una colina, sólo para ver cómo volvía a rodar hacia abajo, y para repetir esta acción para siempre. Si se tratara de una reacción química, nunca se observaría, ya que los reactivos deben superar la barrera energética para llegar al otro lado (productos).
Ecuación de Eyring
La energía de activación es la cantidad de energía que hay que suministrar para que se produzca una reacción química. El siguiente problema de ejemplo demuestra cómo determinar la energía de activación de una reacción a partir de las constantes de velocidad de reacción a diferentes temperaturas.
Se observa una reacción de segundo orden. Se encontró que la constante de velocidad de reacción a tres grados Celsius era de 8,9 x 10-3 L/mol y de 7,1 x 10-2 L/mol a 35 grados Celsius. ¿Cuál es la energía de activación de esta reacción?
La energía de activación puede determinarse mediante la ecuación:ln(k2/k1) = Ea/R x (1/T1 – 1/T2)dondeEa = la energía de activación de la reacción en J/molR = la constante de los gases ideales = 8,3145 J/K-molT1 y T2 = temperaturas absolutas (en Kelvin)k1 y k2 = las constantes de velocidad de reacción en T1 y T2
Paso 2 – Hallar Ealn(k2/k1) = Ea/R x (1/T1 – 1/T2)ln(7,1 x 10-2/8,9 x 10-3) = Ea/8,3145 J/K-mol x (1/276,15 K – 1/308,15 K)ln(7. 98) = Ea/8,3145 J/K-mol x 3,76 x 10-4 K-12,077 = Ea(4,52 x 10-5 mol/J)Ea = 4,59 x 104 J/mol en kJ/mol, (dividir por 1000)Ea = 45,9 kJ/mol
Energía de activación aparente
Este artículo le proporcionará la información más importante: cómo calcular la energía de activación mediante la ecuación de Arrhenius, así como cuál es la definición y las unidades de la energía de activación.
La energía de activación es la energía necesaria para que se produzca una reacción química. Se puede imaginar como un nivel de energía umbral; si no se suministra esta cantidad de energía, la reacción no tendrá lugar.
La energía de activación es necesaria para muchos tipos de reacciones, por ejemplo para la combustión. Cada vez que quieres encender una cerilla, tienes que suministrar energía (en este ejemplo, en forma de frotar la cerilla contra la caja de cerillas). Por eso las cerillas no arden espontáneamente. Este es el mismo principio que era válido en los tiempos de la Edad de Piedra: el sílex y el acero se utilizaban para producir fricción y, por tanto, chispas.