¿Qué son los catalizadores y los mecanismos de reacción?

1. Mecanismo de reacción

1.1. Pasos elementales

Ya hemos visto que las reacciones ocurren como resultado de partículas reaccionantes. 

Al parecer la reacción entre el monóxido de nitrógeno (NO) y el ozono (O₃) para formar dióxido de nitrógeno (NO₂) y dioxígeno (O₂) ocurre como resultado de una sola colisión entre las moléculas de NO y O₃ con la orientación correcta y la energía necesaria.

NO _(g) + O_{3 (g)}  → NO_{2 (g)} + O_{2 (g)} 

Este proceso en un solo paso o etapa que se conoce como proceso elemental o paso elemental.

Observa el siguiente video que representa el proceso ocurrido. Recuerda activar los subtítulos y traducirlos al español, puedes ver cómo hacerlo en el siguiente enlace. 

 

 

El número de moléculas (átomos o iones) que participan como reactivos en un paso elemental específico define la molecularidad del paso. 

• Si interviene una sola molécula, la reacción es unimolecular. 
• Los pasos elementales en los que chocan dos moléculas reaccionantes son bimoleculares. 
• Los pasos elementales en los que se produce la colisión simultánea de tres moléculas son termoleculares (o trimolecular). Los pasos termoleculares son muchísimo menos probables que los procesos unimoleculares o bimoleculares, y rara vez se presentan. 

La probabilidad de que cuatro o más moléculas choquen simultáneamente con alguna regularidad es aún más remota; en consecuencia, nunca se propone este tipo de colisiones como parte de un mecanismo de reacción.

El cambio neto representado por una ecuación química balanceada suele ocurrir por un mecanismo de pasos múltiples, que consiste en una serie de pasos elementales. Una reacción no elemental se da en varios pasos, por ejemplo la formación de dióxido de nitrógeno (NO₂) a partir de dioxígeno (O₂) y monóxido de nitrógeno (NO):

O_2 (g)  + 2 NO_(g) → 2 NO_{2 (g)}

Se sabe que los productos no se forman directamente como resultado de la colisión de dos moléculas de NO con una molécula de O₂, porque se ha detectado la presencia de N₂O₂ (dióxido de dinitrógeno) durante el curso de la reacción. La reacción se podría llevar a cabo de la siguiente manera: en la primera etapa elemental, dos moléculas de NO chocan para formar una molécula de N₂O₂; después sigue la reacción entre N₂O₂ y O₂ para formar dos moléculas de NO₂.

Paso 1:                                                  NO  + NO  → N₂O₂  

Paso 2:                                                 O₂   + N₂O₂     → 2 NO₂

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Reacción global:                          N₂O₂   +   O₂   + 2 NO  → 2 NO₂  + N₂O₂     

Las especies como el N₂O₂ se llaman intermediarios porque aparecen en el mecanismo de la reacción (es decir, en los pasos elementales) pero no en la ecuación global balanceada. Un intermediario se forma en un paso elemental y se transforma en un paso posterior.