Química Orgânica 1 · Reasoning about reactions
Energia de reação e cinética
Uma lição resolvida gratuita e 42 problemas de prática em que você mesmo desenha cada seta curva.
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Tire uma foto da reação da sua lista ou do livro e desenhe o mecanismo com cada seta corrigida. 1 scan grátis agora, sem cadastro; mais 1 com uma conta gratuita.
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Prática grátis de setas curvas: escolha um mecanismo
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- Locate the rate-determining step of an SN1 reaction
- Álcool terc-butílico a partir do 2-metilpropeno: perfil da hidratação
- 2-Metilpropeno a partir do brometo de terc-butila: perfil E1
- Ethene from bromoethane: a one-step E2 profile
- HBr + 1,3-butadieno a −80 °C: perfil da adição 1,2 cinética
- HBr + 1,3-butadieno a 40 °C: perfil termodinâmico 1,4
- 2-Bromopropane from propene: a two-step profile
- Cloreto de terc-butila a partir do 2-metilpropeno: perfil em duas etapas
- HCl + 3-metil-1-buteno: perfil de energia com deslocamento de hidreto
O que você vai aprender
- 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.
Lição gratuita
O texto da lição resolvida. No Arrow Lab, cada etapa vem com as estruturas e as setas desenhadas.
Ler a aula gratuita (5 partes)
Two energy differences answer different questions
Reaction free energy ΔG° = G°products − G°reactants determines the equilibrium constant through ΔG° = −RT ln K. An activation free energy ΔG‡ compares a reactant state to its transition state and influences the rate. A favorable product can form slowly behind a high barrier. Actual ΔG also depends on composition through RT ln Q; a negative standard value alone does not prove forward progress at every mixture composition.
Read a profile locally, not just by peak height
A transition state is a maximum along a reaction coordinate, not a molecule that can be bottled. An intermediate is a local minimum between maxima. For a hypothetical profile R = 0, TS1 = 50, I = 10, TS2 = 65, P = −20 kJ mol⁻¹, the local barriers are 50 from R and 55 from I. The reverse barrier from P to TS2 is 85. A full rate prediction can require populations, reversibility, and a kinetic model; merely finding the tallest point is not always sufficient.
Worked catalyst comparison
Suppose an uncatalyzed pathway connects the same reactants and products through a 90 kJ mol⁻¹ barrier, and a catalyst offers an effective 65 kJ mol⁻¹ route under a specified common kinetic model. The forward reaction becomes faster, but the endpoint free-energy difference is unchanged. At equilibrium both directions still balance. A catalyst cannot change K or selectively accelerate only the forward equilibrium direction; it supplies a different pathway rather than adding permanent product stabilization.
Tie kinetic evidence to a molecular hypothesis
The pictured bimolecular displacement can have rate = k[CH₃Br][HO⁻]. Doubling one reactant concentration then doubles the initial rate when solvent, temperature, and other activities are held fixed. Such a rate law supports involvement of both species in the kinetically relevant sequence but is not a photograph of a transition state. Solvent or ion pairing can change k; temperature can change both k and K, and these effects must not be confused.
What to carry forward
Mark endpoints, minima, and maxima; calculate each requested difference from its own reference. Use ΔG° for equilibrium and a stated kinetic model plus barriers or rate laws for speed.
Problemas de prática (42)
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Desenhe o mecanismo 12
Mais problemas
- Locate the rate-determining step of an SN1 reactionMap each elementary step of an SN1 solvolysis onto its energy profile and apply the Hammond postulate to the ionization transition state.
Perfis de energia de mecanismos
- Álcool terc-butílico a partir do 2-metilpropeno: perfil da hidrataçãoDesenhe as três etapas da hidratação catalisada por ácido do 2-metilpropeno e relacione-as a um perfil com dois intermediários e uma protonação determinante da velocidade.
- 2-Metilpropeno a partir do brometo de terc-butila: perfil E1Desenhe as duas etapas E1 do brometo de terc-butila em etanol quente e posicione a ionização lenta e a desprotonação rápida em um diagrama de energia.
- HBr + 1,3-butadieno a −80 °C: perfil da adição 1,2 cinéticaDesenhe a adição de HBr ao 1,3-butadieno a −80 °C e explique, pelo perfil de energia, por que o aduto 1,2, 3-bromo-1-buteno, é o produto cinético.
- HBr + 1,3-butadieno a 40 °C: perfil termodinâmico 1,4Desenhe a adição de HBr ao 1,3-butadieno a 40 °C via cátion alílico e explique, pelo perfil de energia, por que o (E)-1-bromo-2-buteno é o produto termodinâmico.
- Cloreto de terc-butila a partir do 2-metilpropeno: perfil em duas etapasDesenhe as duas etapas da adição de HCl ao 2-metilpropeno e use o postulado de Hammond para explicar por que o cátion terciário se forma e controla a velocidade.
- HCl + 3-metil-1-buteno: perfil de energia com deslocamento de hidretoDesenhe a adição de HCl ao 3-metil-1-buteno com o deslocamento 1,2 de hidreto e explique o perfil com dois vales de carbocátion que leva ao 2-cloro-2-metilbutano.
- Metanólise SN1 do 2-bromo-2-metilbutano: perfil de energiaDesenhe as três etapas SN1 do 2-bromo-2-metilbutano em metanol e identifique no perfil a ionização determinante da velocidade e os dois intermediários.
- Pentanonitrila a partir do 1-bromobutano: perfil SN2 em uma etapaDesenhe a única etapa concertada SN2 do cianeto com 1-bromobutano e explique por que seu diagrama de energia tem um estado de transição e nenhum intermediário.
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.
Preveja o produto 4
Mais problemas
- Predict a heating effect on KUse reaction enthalpy to reason about equilibrium temperature dependence.
Energética e velocidades
- Qual reação tem ΔS° positivo?Preveja o sinal de ΔS° contando as moléculas formadas e consumidas em uma reação.
- Velocidade da SN1 quando a concentração do nucleófilo dobraPreveja como a velocidade de uma SN1 responde à concentração do nucleófilo a partir da posição da etapa determinante da velocidade.
Energetics and rates
- What does the transition state resemble?Apply the Hammond postulate to predict the structure of a transition state.
Classificar 2
- Count states on a two-step profileDistinguish a cationic intermediate from a transition state.
- Which step limits the rate?Identify the rate-determining step of a multistep reaction.
Comparar 3
Mais problemas
- Compare catalyzed equilibrium mixturesSeparate catalytic acceleration from a change in equilibrium composition.
Energetics and rates
- Kinetic versus thermodynamic controlPredict which product dominates under kinetic or thermodynamic control.
Energética e velocidades
- Ordene três etapas da mais rápida à mais lenta pelo ΔG‡Ordene etapas elementares pela velocidade a partir de suas energias livres de ativação.
Calcular 10
Mais problemas
- Convert standard free energy into KApply the sign and logarithm in the thermodynamic equilibrium relation.
- Compare competing activation routesCalculate a product-formation rate ratio from supplied barriers.
Energética e velocidades
- Energia de ativação a partir de constantes de velocidade em duas temperaturasCalcule uma energia de ativação a partir de constantes de velocidade medidas em duas temperaturas com a equação de Arrhenius de dois pontos.
- ΔG° a partir de ΔH° e ΔS° a 298 KCalcule a variação de energia livre padrão a partir de ΔH°, ΔS° e da temperatura, convertendo a entropia para kJ.
- Temperatura em que uma reação endotérmica se torna favorávelCalcule a temperatura em que ΔG° muda de sinal para uma reação com ΔH° e ΔS° positivos.
- Velocidade da SN2 quando as duas concentrações dobramUse a lei de velocidade de segunda ordem da SN2 para prever a variação da velocidade quando as concentrações dos dois reagentes mudam.
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.
Encontre o erro 2
- Diagnose a rate claimIdentify missing kinetic information in a thermodynamic argument.
- Diagnóstico: "reações endotérmicas nunca são favoráveis"Identifique o equívoco de achar que um ΔH° positivo, por si só, impede um equilíbrio favorável.
Interprete as evidências 3
Mais problemas
- Find a reverse activation barrierUse a common energy reference for forward and reverse barriers.
Energética e velocidades
- Evidência do efeito isotópico: E2 versus E1Interprete um efeito isotópico primário de deutério para decidir se a quebra da ligação C–H ocorre na etapa determinante da velocidade de uma eliminação.
Energetics and rates
- Reading a two-step energy diagramDistinguish intermediates from transition states on a reaction energy diagram.
Trabalhe de trás para frente 1
- Recover an intermediate energyReconstruct a local minimum from barriers referenced in opposite directions.
Planeje uma síntese 2
- Choose a discriminating initial-rate experimentDesign a controlled concentration change to test kinetic participation.
- Escolha condições para o aduto 1,4 de butadieno + HBrPlaneje condições de reação que levem ao produto termodinâmico de uma adição a dieno conjugado.
Explique por quê 3
Mais problemas
- Explain a catalyst in both directionsApply microscopic reversibility to a specified elementary reversible pair.
Energética e velocidades
- Por que a bromação radicalar é mais seletiva que a cloraçãoExplique a seletividade da halogenação com o postulado de Hammond e a energética da abstração de hidrogênio.
- Reversibilidade microscópica: hidratação vs desidrataçãoAplique a reversibilidade microscópica para prever os intermediários e os estados de transição de uma reação inversa.
Travou em energia de reação e cinética? Escaneie o problema.
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Depois, Scan Standard: /mês