¿Existen reacciones sin energías de activación?

Question

¿Existen reacciones con no ¿energías de activación? Nuestro profesor acaba de decirnos que no hay acantilados químicos. ¿Es esto cierto?

He leído algo sobre la desintegración nuclear como una reacción sin energías de activación. ¿Por qué es así y cómo funciona?

Answer 1

La teoría de Marcus-Hush describe las tasas de transferencia de electrones/cargas utilizando la teoría del estado de transición Por ejemplo:

$\ce{A+ + B -> A + B+}$

Ahora bien, uno podría suponer ingenuamente que no hay barrera de activación en una simple transferencia de electrones, pero eso no es cierto. Dado que la geometría de $\ce{A+}$ y $\ce{A}$ así como $\ce{B}$ y $\ce{B+}$ no son idénticos, hay un energía de reorganización tanto de la especie molecular como del disolvente o del entorno. Esta energía de reorganización ( $\lambda$ ) sirve como barrera de activación para la transferencia de carga.

Ahora bien, lo conveniente de las reacciones de transferencia de carga es que se puede afinar el $\Delta G$ de los reactivos.

Marcus predijo que la tasa máxima se produciría cuando el $\Delta G^0 = -\lambda$ y por lo tanto el $\Delta G^\ddagger = 0$ . Si la reacción se vuelve más favorable desde el punto de vista termodinámico, se entra en el invertido y la barrera de activación aumenta y la velocidad de reacción disminuye.

Esta es una respuesta larga para decir que hay algunos reacciones químicas sin barrera de activación, además de los otros casos aquí expuestos. Por lo general, la frase clave que las describe en los artículos es "reacciones sin barrera"

Answer 2

Así que, por supuesto, es difícil distinguir entre el caso en el que no hay energía de activación y el caso en el que hay una energía de activación muy pequeña. Dado que...

Muchas reacciones, como las simples ácido-base, están controladas por la difusión. Esto significa que la reacción se produce en cada encuentro, y que no se trata de un proceso activado. Otro ejemplo es el del benceno. Digamos que generamos la molécula 1,3,5-ciclohexatrieno, ésta se isomerizaría inmediatamente a benceno (longitudes de enlace desiguales, electrones pi localizados -> longitudes de enlace iguales, electrones pi deslocalizados). Si ponemos esto en una coordenada de reacción podría ser algo así,

Siempre he pensado en esto como un proceso con un negativo energía de activación, pero tal vez cero sería una descripción más precisa (¿se puede tener una barrera negativa?). Sospecho que se aplica a muchas reacciones en las que hay una gran diferencia termodinámica de estabilidad entre el producto y el reactivo que favorece al producto y en las que hay una mínima reorganización estructural .

Answer 3

El problema con algunas de las reacciones propuestas en los posts anteriores es que la energía de activación, si se mide en energía libre de Gibbs, también debería estar sujeta a la entropía, ya que G=H-TS. Sin embargo, el artículo de wikipedia sobre la energía de activación (en el momento de escribir este artículo) sugiere que cuando las tasas de reacción disminuir con la energía de activación, porque las moléculas se prepararon para reaccionar a temperatura ambiente. La única forma de que la ecuación de la energía de activación funcione sería a través de una energía de activación negativa. Reacciones como ésta son simples: es decir, dos cosas se juntan y se combinan si la energía potencial es mayor que su momento. Pero digamos que, por ejemplo, se calienta esta reacción. Has acelerado estas partículas (es decir, las has calentado, ya que el calor se puede considerar energía cinética) los reactivos son tan rápidos y tienen tanto momento que simplemente rebotan entre sí, y por tanto la no tiene sentido. Por otro lado, se pueden hacer "trampas" en las reacciones normales con el hidrógeno, que presenta un túnel cuántico (porque es muy pequeño). Así que se puede formar el producto de una reacción mientras los reactivos están muy por debajo de la energía de activación esperada. Así que una réplica inteligente al comentario de tu profesor sería "¡seguro que los acantilados no existen, pero las pendientes resbaladizas sí!".

Answer 4

He leído algo sobre la desintegración nuclear como una reacción sin energías de activación. ¿Por qué es así y cómo funciona?

Estás pidiendo demasiado. Puedo responderte en pocas palabras:

Las reacciones de desintegración nuclear se producen cuando la fuerza nuclear $^1$ entre los nucleones no es capaz de mantener los nucleones juntos.

Ahora bien, como no puede contener nucleones grandes, el núcleo empieza a emitir partículas o a seguir procesos especiales para reducir la masa o los nucleones y llegar a una zona estable, la elección del proceso depende de dónde se encuentre el nucleón según un gráfico $^3$ .

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$^1$ .una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Si no existiera la fuerza nuclear, todo se repelería. La razón es que, si sólo hubiera fuerza electrostática entre los protones, todo el núcleo $^{1a}$ se repelen. Entonces entra en juego otra "fuerza nuclear", que es ciega a las cargas, y que actúa según otra propiedad intrínseca $^{1b}$ llamado color $^{1c}$ .
Así que ahora cuando los nucleones están en el orden de 1 fermi $^{1d}$ La fuerza es atractiva y deja de actuar muy (muy) rápido (moribundo).
$^{1a}$ en realidad, sólo los protones, para ser específicos
$^{1b}$ como la masa, la carga, etc.
$^{1c}$ e implica una variedad de partículas llamadas gluones, mesones, hipermesones, quarks, etc.
$^{1d}$ con el nombre de un gran científico, $1$ fm $=10^{-15}$ m
$^{2}$$ \beta^-,\beta^+,\ce{_2^4He}(\alpha)$, captura K, etc.
$^3$ que predice que si el número de protones es igual al número de neutrones, el núcleo es estable, generalmente, sólo para los núcleos más ligeros y para los más pesados se curva un poco hacia arriba como una parábola ( $y=x^2$ )

Answer 5

Creo recordar (no tengo la referencia a mano) que el metileno singlete (|CH ₂ ) se inserta en el enlace C-H con entalpía de activación cero. Ciertamente es una especie enormemente reactiva y de alta energía.