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598 CAPÍTULO 13 Cinética química

Figura 13.20 Secuencia de
pasos en el estudio de un Postulación
Medición de la Formulación
mecanismo de reacción. de un mecanismo
rapidez de una de la ley de
de reacción
reacción rapidez
razonable

La descomposición del peróxido de hidrógeno y la formación de yoduro de hidróge-
no, a partir de hidrógeno molecular y de yodo molecular, muestran la forma de determinar
un mecanismo de reacción a partir de estudios experimentales.

Descomposición del peróxido de hidrógeno
La descomposición del peróxido de hidrógeno está promovida por la presencia de iones
yoduro (fi gura 13.21). La reacción global es
2H 2 O 2 (ac) ¡ 2H 2 O(l) 1 O 2 (g)
Experimentalmente se encontró que la ley de rapidez es
2
rapidez 5 k[H 2 O 2 ][I ]
2
Por lo que la reacción es de primer orden tanto en relación con H 2 O 2 como con I .
Puede inferirse que la descomposición de H 2 O 2 no procede en una sola etapa elemen-
Figura 13.21 La descomposición tal que corresponda a la ecuación global balanceada. Si así fuera, la reacción sería de
del peróxido de hidrógeno está segundo orden respecto de H 2 O 2 (como resultado de la colisión de dos moléculas de H 2 O 2 ).
catalizada por el ion yoduro. Se 2
agregaron algunas gotas de un Además, el ion I , que no aparece en la ecuación global, sí lo hace en la expresión de la
jabón líquido a la disolución para ley de rapidez. ¿Cómo se explican estos hechos? Primero, podemos explicar la ley de
exagerar el desprendimiento de rapidez observada suponiendo que la reacción se lleva a cabo en dos etapas elementales
oxígeno gaseoso. (Algunos de los independientes, cada una de las cuales es bimolecular:
iones yoduro se oxidan para formar
yodo molecular, el cual a su vez Paso 1: H 2 O 2 I ¡ H 2 O IO
k 1
reacciona con los iones yoduro k 2
2
para forma el ion triyoduro, I 3 de Paso 2: H 2 O 2 IO ¡ H 2 O O 2 I
color café.)
Si, además, suponemos que la etapa 1 es el paso determinante de la reacción, entonces la
rapidez de la reacción se determina a partir de la primera etapa solamente:
2
rapidez 5 k 1 [H 2 O 2 ][I ]
2
donde k 1 5 k. Observe que el ion IO es un intermediario, ya que no aparece en la ecua-
2
ción global balanceada. A pesar de que el ion I tampoco aparece en la ecuación global,
2
2
el I difi ere del IO en que el primero está presente tanto al inicio de la reacción como
2
cuando se ha completado. La función del I es aumentar la rapidez de la reacción, es
Intermediario
decir, es un catalizador . Discutiremos la catálisis en la sección 13.6. En la fi gura 13.22
Energía potencial (Etapa 1) E a P del H 2 O 2 . Podemos observar que la primera etapa, que es determinante de la reacción,
se muestra el perfi l de energía potencial para una reacción como la de la descomposición
E a
tiene una energía de activación mayor que la segunda etapa. El intermediario, aunque es
R
lo sufi cientemente estable para poder observarse, reacciona con rapidez para formar los
(Etapa 2)
productos.
La reacción del yoduro de hidrógeno
Avance de la reacción
Un mecanismo de reacción típico es aquel que incluye por lo menos dos etapas elemen-
Figura 13.22 Perfi l de energía
potencial para una reacción de tales, la primera de las cuales es muy rápida, tanto en el sentido de izquierda a derecha
dos etapas en la cual la primera de la reacción como en el inverso, comparada con la segunda etapa. Un ejemplo lo cons-
es el paso determinante de la tituye la reacción entre hidrógeno molecular y yodo molecular, para producir yoduro de
reacción. R y P representan hidrógeno:
reactivos y productos,
respectivamente. H 2 (g) 1 I 2 (g) ¡ 2HI(g)