Química Orgánica 1 · Reasoning about reactions
Energía de reacción y cinética
Una lección resuelta gratis y 42 problemas de práctica en los que dibujas tú mismo cada flecha curva.
¿Atascado con energía de reacción y cinética? Escanea el problema.
Toma una foto de la reacción de tu tarea o de tu libro y dibuja su mecanismo con cada flecha revisada. 1 escaneo gratis ya, sin registrarte; 1 más con una cuenta gratuita.
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Práctica gratis de flechas curvas: elige un mecanismo
Toca uno para ver cada flecha curva, paso a paso. En las demos las dibujas tú mismo, sin registrarte.
- Ubica el paso determinante de la velocidad de una reacción SN1
- Alcohol tert-butílico a partir de 2-metilpropeno: perfil de hidratación
- 2-Metilpropeno a partir de bromuro de tert-butilo: perfil E1
- Ethene from bromoethane: a one-step E2 profile
- HBr + 1,3-butadieno a −80 °C: perfil cinético de adición 1,2
- HBr + 1,3-butadieno a 40 °C: perfil termodinámico 1,4
- 2-Bromopropane from propene: a two-step profile
- Cloruro de tert-butilo a partir de 2-metilpropeno: perfil en dos pasos
- HCl + 3-metil-1-buteno: perfil de energía con desplazamiento de hidruro
Lo que aprenderás
- Separate reaction free energy from activation free energy.
- Read intermediates and transition states on a multistep profile.
- Use supplied energies and rate laws to compare pathways.
- Distinguish catalyst, temperature, and concentration effects.
Lección gratis
El texto de la lección resuelta. En Arrow Lab, cada paso incluye sus estructuras y sus flechas dibujadas.
Leer la lección gratis (5 partes)
Dos diferencias de energía responden a preguntas distintas
La energía libre de reacción ΔG° = G°productos − G°reactivos determina la constante de equilibrio mediante ΔG° = −RT ln K. Una energía libre de activación ΔG‡ compara un estado de reactivos con su estado de transición e influye en la velocidad. Un producto favorable puede formarse lentamente detrás de una barrera alta. La ΔG real también depende de la composición a través de RT ln Q; un valor estándar negativo por sí solo no demuestra que la reacción avance en cada composición de la mezcla.
Interpreta un perfil de forma local, no solo por la altura del pico
Un estado de transición es un máximo a lo largo de una coordenada de reacción, no una molécula que se pueda envasar. Un intermediario es un mínimo local entre máximos. Para un perfil hipotético R = 0, TS1 = 50, I = 10, TS2 = 65, P = −20 kJ mol⁻¹, las barreras locales son 50 desde R y 55 desde I. La barrera inversa de P a TS2 es 85. Una predicción completa de la velocidad puede requerir poblaciones, reversibilidad y un modelo cinético; encontrar el punto más alto no siempre es suficiente.
Comparación de catalizador resuelta
Supón que una ruta no catalizada conecta los mismos reactivos y productos a través de una barrera de 90 kJ mol⁻¹, y que un catalizador ofrece una ruta efectiva de 65 kJ mol⁻¹ bajo un modelo cinético común especificado. La reacción directa se vuelve más rápida, pero la diferencia de energía libre del punto final no cambia. En el equilibrio, ambas direcciones siguen balanceándose. Un catalizador no puede cambiar K ni acelerar selectivamente solo la dirección directa del equilibrio; proporciona una ruta distinta en lugar de añadir una estabilización permanente del producto.
Vincula la evidencia cinética con una hipótesis molecular
El desplazamiento bimolecular representado puede tener velocidad = k[CH₃Br][HO⁻]. Al duplicar la concentración de uno de los reactivos, la velocidad inicial se duplica cuando el disolvente, la temperatura y las demás actividades se mantienen fijas. Una ley de velocidad así respalda la participación de ambas especies en la secuencia cinéticamente relevante, pero no es una fotografía de un estado de transición. El disolvente o el apareamiento iónico pueden cambiar k; la temperatura puede cambiar tanto k como K, y estos efectos no deben confundirse.
Lo que conviene recordar
Marca los puntos finales, los mínimos y los máximos; calcula cada diferencia solicitada a partir de su propia referencia. Usa ΔG° para el equilibrio y un modelo cinético declarado junto con las barreras o las leyes de velocidad para la rapidez.
Problemas de práctica (42)
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Dibuja el mecanismo 12
Más problemas
- Ubica el paso determinante de la velocidad de una reacción SN1Ubica cada paso elemental de una solvólisis SN1 en su perfil de energía y aplica el postulado de Hammond al estado de transición de ionización.
Perfiles de energía de mecanismos
- Alcohol tert-butílico a partir de 2-metilpropeno: perfil de hidrataciónDibuja los tres pasos de la hidratación catalizada por ácido del 2-metilpropeno y ubícalos en un perfil con dos intermediarios y una protonación determinante de la velocidad.
- 2-Metilpropeno a partir de bromuro de tert-butilo: perfil E1Dibuja los dos pasos E1 del bromuro de tert-butilo en etanol caliente y ubica en un diagrama de energía la ionización lenta y la desprotonación rápida.
- HBr + 1,3-butadieno a −80 °C: perfil cinético de adición 1,2Dibuja la adición de HBr al 1,3-butadieno a −80 °C y explica a partir del perfil de energía por qué el aducto 1,2, el 3-bromo-1-buteno, es el producto cinético.
- HBr + 1,3-butadieno a 40 °C: perfil termodinámico 1,4Dibuja la adición de HBr al 1,3-butadieno a 40 °C a través del catión alílico y explica a partir del perfil de energía por qué el (E)-1-bromo-2-buteno es el producto termodinámico.
- Cloruro de tert-butilo a partir de 2-metilpropeno: perfil en dos pasosDibuja los dos pasos de la adición de HCl al 2-metilpropeno y usa el postulado de Hammond para explicar por qué se forma el catión terciario y por qué controla la velocidad.
- HCl + 3-metil-1-buteno: perfil de energía con desplazamiento de hidruroDibuja la adición de HCl al 3-metil-1-buteno con su desplazamiento 1,2 de hidruro y explica el perfil con dos valles de carbocatión que llevan al 2-cloro-2-metilbutano.
- Metanólisis SN1 del 2-bromo-2-metilbutano: perfil de energíaDibuja los tres pasos SN1 del 2-bromo-2-metilbutano en metanol e identifica en el perfil la ionización determinante de la velocidad y los dos intermediarios.
- Pentanonitrilo a partir de 1-bromobutano: perfil SN2 en un pasoDibuja el único paso SN2 concertado del cianuro con 1-bromobutano y explica por qué su diagrama de energía tiene un solo estado de transición y ningún intermediario.
Energy profiles of mechanisms
- Ethene from bromoethane: a one-step E2 profileDraw the single concerted E2 step that turns bromoethane into ethene and connect it to an energy diagram with one transition state and no intermediate.
- 2-Bromopropane from propene: a two-step profileDraw the two steps of HBr addition to propene and use the Hammond postulate to explain why the secondary cation, and so 2-bromopropane, forms.
- tert-Butyl alcohol from tert-butyl chloride: a three-step profileDraw the three SN1 steps for tert-butyl chloride in water and map them onto an energy diagram with three transition states, two intermediates and a rate-determining ionization.
Predice el producto 4
Más problemas
- Predice el efecto del calentamiento sobre KUsa la entalpía de reacción para razonar sobre la dependencia del equilibrio con la temperatura.
Energética y velocidades
- ¿Qué reacción tiene un ΔS° positivo?Predice el signo de ΔS° contando las moléculas que se forman y se consumen en una reacción.
- Velocidad SN1 cuando se duplica la concentración del nucleófiloPredice cómo responde la velocidad de una SN1 a la concentración del nucleófilo según la posición del paso determinante de la velocidad.
Energetics and rates
- What does the transition state resemble?Apply the Hammond postulate to predict the structure of a transition state.
Clasificar 2
- Cuenta los estados en un perfil de dos pasosDistingue un intermediario catiónico de un estado de transición.
- Which step limits the rate?Identify the rate-determining step of a multistep reaction.
Comparar 3
Más problemas
- Compara mezclas de equilibrio catalizadasSepara la aceleración catalítica de un cambio en la composición de equilibrio.
Energetics and rates
- Kinetic versus thermodynamic controlPredict which product dominates under kinetic or thermodynamic control.
Energética y velocidades
- Ordena tres pasos del más rápido al más lento según ΔG‡Ordena pasos elementales por velocidad a partir de sus energías libres de activación.
Calcular 10
Más problemas
- Convertir la energía libre estándar en KAplica el signo y el logaritmo en la relación termodinámica del equilibrio.
- Compara rutas de activación en competenciaCalcula una relación de velocidades de formación de producto a partir de las barreras dadas.
Energética y velocidades
- Energía de activación a partir de constantes de velocidad a dos temperaturasCalcula una energía de activación a partir de constantes de velocidad medidas a dos temperaturas con la ecuación de Arrhenius de dos puntos.
- ΔG° a partir de ΔH° y ΔS° a 298 KCalcula un cambio de energía libre estándar a partir de ΔH°, ΔS° y la temperatura, convirtiendo la entropía a kJ.
- Temperatura a la que una reacción endotérmica se vuelve favorableCalcula la temperatura a la que ΔG° cambia de signo en una reacción con ΔH° y ΔS° positivos.
- Velocidad SN2 cuando se duplican ambas concentracionesUsa una ley de velocidad SN2 de segundo orden para predecir el cambio de velocidad cuando cambian las concentraciones de ambos reactivos.
Energetics and rates
- Rate increase for a 10 K riseUse the Arrhenius equation to calculate how a rate constant changes with temperature.
- ΔH of methane chlorination from bond energiesEstimate a reaction enthalpy from bond dissociation energies.
- ΔG° from an equilibrium constantCalculate a standard free-energy change from an equilibrium constant.
- Rate ratio from a barrier differenceRelate a difference in activation free energy to a ratio of rate constants.
Encuentra el error 2
- Diagnostica una afirmación sobre la velocidadIdentifica la información cinética que falta en un argumento termodinámico.
- Diagnostica: "las reacciones endotérmicas nunca son favorables"Diagnostica la idea errónea de que un ΔH° positivo basta para descartar un equilibrio favorable.
Interpreta la evidencia 3
Más problemas
- Determina la barrera de activación inversaUsa una referencia de energía común para las barreras directa e inversa.
Energética y velocidades
- Evidencia del efecto isotópico: E2 frente a E1Interpreta un efecto isotópico primario de deuterio para decidir si la ruptura del C–H ocurre en el paso determinante de la velocidad de una eliminación.
Energetics and rates
- Reading a two-step energy diagramDistinguish intermediates from transition states on a reaction energy diagram.
Trabaja hacia atrás 1
- Recupera la energía de un intermediarioReconstruye un mínimo local a partir de barreras referidas en direcciones opuestas.
Planea una síntesis 2
- Elige un experimento de velocidad inicial que discrimineDiseña un cambio controlado de concentración para probar la participación cinética.
- Elige las condiciones para el aducto 1,4 de butadieno + HBrPlanifica las condiciones de reacción que dan el producto termodinámico de una adición a un dieno conjugado.
Explica por qué 3
Más problemas
- Explica el efecto de un catalizador en ambas direccionesAplica la reversibilidad microscópica a un par elemental reversible dado.
Energética y velocidades
- Por qué la bromación radicalaria es más selectiva que la cloraciónExplica la selectividad de la halogenación con el postulado de Hammond y la energética de la abstracción de hidrógeno.
- Reversibilidad microscópica: hidratación frente a deshidrataciónAplica la reversibilidad microscópica para predecir los intermediarios y los estados de transición de una reacción inversa.
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