¿Puedes tener un catalizador que solo funcione en una dirección?

Answer 1

El experimento de pensamiento clásico para abordar esto sería imaginar dos esferas de tamaño fijo (nota: ¡este no es el experimento de dos globos para demostrar el experimento de pensamiento diferente de tensión superficial!)

Imagina que una esfera está llena de aire y la otra está vacía. Entre las dos esferas hay una válvula que controla el flujo de aire. En el equilibrio, la presión en las dos esferas será la misma y, según la ley de Avogardo, sabríamos que la cantidad de moléculas en las dos esferas será proporcional al volumen de las dos esferas (suponiendo una temperatura y presión constantes). Ese es el equilibrio. Podemos cambiar la posición de equilibrio cambiando el volumen, la presión o la temperatura en una de esas esferas para cambiar el equilibrio.

El catalizador es la válvula. La válvula controla la velocidad a la que ocurre todo esto. Un buen catalizador sería una válvula más grande. Sin embargo, en este experimento mental, la válvula no tiene efecto en el equilibrio final de la cantidad de aire en cada esfera.

Que llega a la pregunta en cuestión. ¿Cómo diseñarías una válvula que solo permita que el aire vaya en una dirección? La respuesta es que no puedes.

Pero puedes diseñar una bomba. Pero para operar una bomba, necesitaría poner trabajo en el sistema y eso es un problema termodinámico completamente diferente.

Answer 2

1. Todas las reacciones son también técnicamente equilibrios (¿equilibrios?) .
2. Un equilibrio es dinámico. Esto significa que aunque la reacción parece haberse detenido en el equilibrio, realmente no se ha detenido. La reacción directa va exactamente a la misma velocidad que la reacción inversa.
3. Los catalizadores aceleran las reacciones al disminuir la energía de activación. Sin embargo, disminuye la energía de activación en ambas direcciones de la reacción. Mira la siguiente imagen:

Un catalizador simplemente reduciría la energía del complejo activado.

Entonces … la energía de activación de la reacción hacia adelante es Ea. La energía de activación de la reacción inversa es Ea + ΔH (ignorar Ea al revés, solo use Ea adelante). La constante de equilibrio, K, es k (adelante) / k (inverso) donde k es la constante de velocidad para cada reacción. Si conecta la ecuación de Arrhenius en lugar de las dos constantes de velocidad con las energías de activación que acabamos de mencionar, puede simplificar la relación y descubrir que no depende de la Ea en absoluto … solo ΔH y T.

[math] \ dfrac {k_f} {k_r} = \ dfrac {Ae ^ {- E_a / RT}} {Ae ^ {- (E_a + \ triangle H) / RT}} [/ math]

[math] ln \ dfrac {k_f} {k_r} = – \ dfrac {E_a} {RT} + \ dfrac {(E_a + \ triangle H)} {RT} [/ math]

[math] ln \ dfrac {k_f} {k_r} = \ dfrac {\ triangle H} {RT} [/ math]

Entonces esta es la razón por la cual un catalizador no afecta el equilibrio. Los catalizadores cambian la velocidad de la reacción directa y la reacción inversa proporcionalmente. La relación de las constantes de velocidad será la misma … por lo tanto, la constante de equilibrio será la misma.

Answer 3

La razón por la que los catalizadores no cambian el equilibrio de un Rxn es que no alteran el delta G (energía libre termodinámica de Gibbs) de este. es decir, la diferencia de energía entre los reactivos y los productos sigue siendo la misma con o sin la presencia de un catalizador.

Las enzimas son catalizadores. La enzima cambia solo la cinética de la Rxn, no la termodinámica de la misma. Facilita el Rxn al reducir la energía de activación requerida para que el Rxn proceda. Esto acelera la Rxn ya que muchas más moléculas tienen la E requerida para alcanzar ese umbral a una temperatura dada. Sin embargo, no se producirán más productos que sin el catalizador / enzima.

Y no, los catalizadores son bidireccionales en general.

Answer 4

Los catalizadores (como los lentes en física) funcionan de forma gratuita.

Eso significa que no tienes que poner ninguna energía para que funcionen.

Por lo tanto, un requisito de la física (conservación de la energía, específicamente), es que el catalizador afecte ambas reacciones (hacia adelante y hacia atrás) por igual.

Si no funcionara en ambas direcciones, podría usar esto para violar la conservación de la energía y producir energía ilimitada y gratuita para todo el mundo.

Answer 5

No, un catalizador funciona en ambas direcciones, aumentando la velocidad de reacción en ambas direcciones.

Además, el libro de texto es correcto. Un catalizador afecta la velocidad de una reacción, pero no la posición del equilibrio. El principio de Le Chatelier no se aplica a los catalizadores.

Otras respuestas más largas dicen el mismo tipo de cosas.