Autocatálisis
La autocatálisis es la catálisis de una reacción química por uno de sus productos o materias primas.
La autocatálisis es un fenómeno único que se diferencia de otros tipos de catálisis: estrictamente hablando, no es catálisis en el sentido completo de la palabra, ya que, por definición, la cantidad de catalizador no debe cambiar, pero el producto (autocatalizador) se acumula en el sistema.
El esquema elemental de autocatálisis tiene la forma:
A + P → 2P
Entonces la velocidad de la reacción directa se expresa como:
![{\displaystyle r={\frac {d[P]}{dt}}=k[A][P]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f84eba68ccf1f334102c925b6a05872f0cdbe80e)
Donde r es la velocidad de reacción, [A], [P] son las concentraciones, k es la constante de velocidad.
Si la reacción ocurre en un sistema cerrado, entonces la suma de las concentraciones A y P en cualquier momento es constante e igual a la suma de las concentraciones iniciales: [A] + [P] = [A] o + [P] o . Usando esta relación, reescribimos la ecuación cinética de la siguiente manera:
![{\displaystyle {\frac {d[P]}{dt}}=k([A]_{0}+[P]_{0}-[P])[P]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/394570bbd335c184ecbc4e2aced9f493be5e99b3)
Esta ecuación tiene una solución exacta. Vamos a encontrarlo por el método de separación de variables:
, donde t - tiempo
![{\displaystyle [P]={\frac {[A]_{0}+[P]_{0}}{1+e^{-([A]_{0}+[P]_{0} )kt}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/be39ba18050ba6b34da4acdf81c838b19e59a00b)
La solución satisface las condiciones: [P](0) = [P] o ; [P](∞) = [A] o + [P] o . El gráfico de la solución es un sigmoide, que es un signo de una reacción catalítica.
Inicialmente, la reacción es lenta, porque. la cantidad inicial del producto es pequeña. Con el progreso de la reacción y la acumulación del producto P, la velocidad de reacción aumenta, alcanza un máximo y comienza a disminuir a medida que se consume A.
En un sistema abierto, la concentración del componente A se puede mantener constante añadiéndolo al medio de reacción. Entonces [A] = [A] o , y la solución de la ecuación es una función exponencial (t es el tiempo):
![{\displaystyle [P]=[P]_{0}e^{[A]_{0}kt))](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f4dbb864e717f8bbdccb456ea4962931d7ddbdd4)
La velocidad de reacción y la concentración P aumentarán siempre que el reactivo A ingrese al sistema.
Uno de los ejemplos más conocidos de autocatálisis es la oxidación del ácido oxálico con permanganato :
2MnO 4 − + 5C 2 O 4 2− + 16H + = 2Mn 2+ + 10CO 2 + 8H 2 OEsta reacción es catalizada por iones Mn 2+ . A temperatura ambiente , esta reacción procede lentamente al principio, pero a medida que el producto del catalizador se acumula en la solución, se acelera.
La autocatálisis juega un papel clave en la química evolutiva , ya que una reacción catalizada por sus propios productos tiene prioridad sobre las reacciones que reciben un catalizador del exterior (especialmente sobre las reacciones no catalíticas), lo que crea las condiciones para la selección natural . .
Véase también
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