Cálculo de parámetros de rapidez en cinética química, cinética enzimática y catálisis heterogénea.

Abstract

Con el objetivo de mejorar la enseñanza aprendizaje en el área de Cinética Química y Catálisis para las carreras de Ingeniería Química, Ingeniería en Alimentos, Química Industrial y carreras afines, en este proyecto se propone actualizar el libro Cálculo de Parámetros de Rapidez en Cinética Química y en Cinética Enzimática, libro publicado por la UNAM en el año 2005. Este libro que explica la teoría básica del tema de Cinética Química y Catálisis Enzimática, presenta un enfoque a la resolución de problemas para determinar parámetros cinéticos y de activación, de una forma didáctica y sencilla, el cual ha sido utilizado en los últimos seis años como material de texto por profesores que imparten las asignaturas teóricas y experimentales en cinética química y catálisis. En esta propuesta, se integrarán nuevos problemas para determinar orden y las constantes de reacción por métodos diversos como: método integral gráfico, método de determinación de constantes, metodo de vida media, método de rapidez inicial, método de Powell, etcétera, utilizando como herramienta computacional a la hoja de cálculo Excel. También se revisará el cálculo de parámetros de activación energía, entropía, energía interna, energía libre de Gibbs y entalpía de activación a partir de la Ecuación de Arrhenius, Teoría de colisiones y Teoría del estado de transición o Teoría de la rapidez absoluta (Ecuación de Eyring). Para explicar la interrelación entre los órdenes de reacción y los mecanismos de las reacciones catalizadas y no catalizadas, se reestructurará completamente el capítulo de reacciones complejas, y se adicionarán los temas: de la ecuación cinética al mecanismo de reacción y del mecanismo de reacción a la ecuación cinética. En la parte de cinética enzimática, se ampliará el capítulo del mecanismo y de los modelos matemáticos que se ajustan a los datos experimentales (ecuación de Michaelis) y se mostrarán ejemplos para determinar los parámetros de catálisis enzimática, tales como, constante de Michaelis y rapidez máxima, mediante las ecuaciones de Lineweaver-Burk, Hanes y Eadie-Hofstee. Adicionalmente, conservando el mismo enfoque del libro, se adicionarán cuatro capítulos del tema de catálisis heterogénea, en el primero de ellos se presentará una introducción que incluirá: la catálisis heterogénea como pilar fudamental de la química verde, importancia de catálisis en química ambiental, sistemas catalíticos, definiciones de catálisis y catalizadores, además de parámetros importantes en procesos catalíticos. En el segundo capítulo se describirán las propiedades de los catalizadores sólidos: actividad, selectividad, agotamiento, efecto de promotores, sinergía, soportes de catalizadores y técnicas de preparación de catalizadores. En el siguiente capítulo se presentarán los modelos matemáticos que se ajustan a la cinética de reacciones catalizadas sobre superficies. En el último capítulo se mostrará la determinación e interpretación de parámetros cinéticos de catálisis heterogénea: El valor de la energía de activación como etapa controlante en la rapidez de la reaccion y el orden de reacción como información de la fuerza de la adsorción de los reactantes en la superficie del catalizador durante la reacción. Finalmente, se presentarán ejemplos en cinéticas de orden cero, uno, dos, tercero y fraccionario. Elaborar una presentación digital de apoyo al libro Cálculo de parámetros de rapidez en cinética química, cinética enzimática y catálisis heterogénea