¿Qué son los catalizadores y los mecanismos de reacción?

1. Mecanismo de reacción

1.2. Ejemplo 1 - Descomposición del peróxido de hidrógeno

Quizás en algún momento hayas presenciado un experimento denominado pasta de dientes de elefante. 

A continuación podrás repasar en el video qué es lo que ocurre.

* Los residuos no son corrosivos ni peligrosos. Pueden manchar la piel de amarillo debido al diyodo (I₂). Parte de los iones yoduro (I^-) se oxidan a diyodo que reacciona con los iones yoduro para formar el ion triyoduro (I₃^-), que es de color café. No se recomienda tocar dichos residuos ya que quedan a alta temperatura.

El peróxido de hidrógeno (H₂O₂) comúnmente conocido como agua oxigenada, es relativamente estable a temperatura ambiente, pero su descomposición puede acelerarse con diferentes sustancias que denominamos catalizadores. La luz del día y la temperatura favorecen su descomposición, por lo que debe conservarse en la heladera. 

En este experimento la sustancia que acelera la descomposición del peróxido de hidrógeno es el yoduro de potasio (KI). En la descomposición se libera dioxígeno gaseoso (O₂), que burbujea dentro del detergente y se forma espuma. 

La reacción global se puede representar con la siguiente ecuación química:

2 H₂O_{2 (ac)} → 2 H₂O _(l) + O_{2 (g)}

Experimentalmente se encontró que la ley de rapidez es:

r = k . [H₂O₂] . [I^-]

La reacción es de orden 1 tanto respecto al peróxido de hidrógeno como al anión yoduro (I^-), y de orden global o total 2.

Esta descomposición no ocurre en un solo paso elemental que corresponde a la ecuación global, ya que si así fuera la reacción sería de segundo orden con respecto al peróxido como resultado de las colisión de dos moléculas de H₂O₂. Además el anión yoduro no aparece en la ecuación global, pero sí aparece en la ley de rapidez.

Se puede explicar la ley de rapidez observada suponiendo que la reacción se lleva a cabo en dos pasos elementales independientes, siendo cada uno de ellos bimoleculares (recuerda que el yoduro no es una molécula, sino un anión).

Paso 1: H₂O₂ + I^- → H₂O + IO^-

Paso 2: H₂O₂ + IO^-  → H₂O + O₂ + I^-

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Reacción global: H₂O₂ + I^- + H₂O₂ + IO^- → H₂O + IO^- + H₂O + O₂ + I^-

Si, además, se supone que el paso 1 es el paso determinante, entonces la rapidez de la reacción se determina a partir del primer paso. 

Observa el siguiente video:

El anión IO^- (denominado hipoyodito) es un intermediario ya que no aparece en la ecuación global. A pesar de que el anión yoduro tampoco aparece en la ecuación global, difiere del anión hipoyodito, en que el primero se encuentra presente tanto al inicio de la reacción como al finalizar la misma. La función del anión yoduro (I^-) es la de aumentar la rapidez de la reacción, es decir es un catalizador.