BIOTECNOLOGÍA 

INTEGRANTES:

ESTELA GUTIERREZ MILAGROS

MERCEDES

JERI AMAO LISSETTE VICTORIA

DOCENTE:

ING. DIAZ VISITACIÒN JUAN

Reacciones Homogéneas

CHICLAYO — 2012

Las reacciones catalíticas son unas de las reacciones que presentan mayor interés en los

sistemas biológicos .Por definición, un catalizador es una sustancia que afecta a la

velocidad de reacción sin alterar el equilibrio y sin experimentar ella misma cambio

alguno. Enzimas, complejos de enzimas, órganos de células y células enteras (viables o

no viables, con crecimiento o sin crecimiento) actúan como catalizadores. Los

biocatalizadores pueden ser de origen microbiano, vegetal o animal. El crecimiento

celular es una reacción autocatalítica; es decir, el catalizador es un producto de la

reacción y el rendimiento del producto a partir de un sustrato. Estos parámetros deben

tenerse presentes en el diseño y operación de los reactores de bioprocesado.

En el análisis ingenieril de las reacciones catalíticas se diferencia entre reacciones

homogéneas y heterogéneas. Una reacción se dice que es homogénea cuando la

temperatura y todas las concentraciones del sistema son uniformes. La mayoría de las

fermentaciones y reacciones enzimáticas en recipientes mezclados son reacciones

homogéneas. Por el contrario, las reacciones heterogéneas se producen en presencia de

gradientes de concentración o de temperatura. El análisis de las reacciones

heterogéneas necesita la aplicación de los principios de transferencia de materia junto

con la teoría de la reacción.

Este trabajo cubre los aspectos básicos de la teoría de la reacción que nos permitirá

cuantificar la extensión y velocidad de las reacciones homogéneas, así como identificar

los factores más importantes que afectan a la velocidad de reacción.

La teoría de la reacción presenta dos partes fundamentales: la termodinámica de la

reacción y la cinética de la reacción. La termodinámica de la reacción se refiere a cómo

de lejos puede llegar la reacción; es decir, la reacción no puede continuar más allá del

equilibrio químico, independientemente de la rápida que sea la reacción. Por otro lado,

la cinética de la reacción se refiere a la velocidad con que se produce la propia reacción.

I.-TERMODINÀMICA DE LAS REACCIONES

Considérese la reacción reversible representada por la siguiente ecuación:

A+bB ↔ yY +zZ …(1)

A, B, Y y Z son especies químicas y b, y y z son coeficientes estiquiomètricos. Si se

introducen los componentes en un sistema cerrado durante un periodo infinito de

tiempo, la reacción procede hasta alcanzar el equilibrio termodinámico. En el equilibrio

no existe fuerza impulsora alguna para un cambio posterior. En este punto la reacción

ha alcanzado el límite de su capacidad para su transformación química en un sistema

cerrado. La composición de la mezcla en equilibrio viene determinada exclusivamente

por las propiedades termodinámicas de los reactantes y de los productos y es

independiente del camino utilizado para llegar a tal situación. Las concentraciones de

equilibrio están relacionadas mediante la constante de equilibrio .Para la reacción de la

ecuación (1):

K=CY

y∗CZz

C A∗CBb …(2)

Donde Ci concentración de equilibrio de A, B, Y y Z respectivamente. El valor de K de

la temperatura de la siguiente manera:

ln K=−∆ Grxn

°

RT…(3)

Donde ∆ Grxn° es la variación de la energía libre estándar por mol de A reaccionado R, la

constante de los gases ideales y T la temperatura absoluta. Sin embargo, para las

reacciones bioquímicas que se producen en disolución deben utilizarse otras

condiciones estándar. ∆ Grxn° Es igual a la diferencia de energía libre estándar de

formación, Gº, entre productos y reactantes:

∆ Grxn° = yGY

° +zGZ° −GA

° −b GB° … (4)

La energía libre G está relacionada con la entalpia H, la entropía S y la temperatura

absoluta T de la siguiente manera:

∆ G=∆ H−T ∆ S …(5)

Por lo tanto, de la ecuación (3):

lnK=−∆ H rxn

°

RT+

∆ Srxn°

R…(6)

Entonces para las reacciones exotérmicas, con −∆ H rxn° negativo, K disminuye conforme

aumenta la temperatura. Para las reacciones endotérmicas, con ∆ H rxn° positivo, K

aumenta conforme aumenta la temperatura.

Ejemplo 1.1 Efecto de la temperatura en la isomerización de la glucosa

La glucosa isomerasa se utiliza ampliamente en Estados Unidos para la producción de

jarabe de fructosa concentrado. La reacción es:

glucosa↔ fructosa

Para esta reacción ∆ H rxn° = 5.73 kJ mol-1 y ∆ Srxn

° = 0.0176 kJ mol-1 K-1

a) Calcular las constantes de equilibrio a 50ºC y 75ºC.

b) Una compañía desea desarrollar una mezcla más dulce de azucares, es decir, con

mayor concentración de fructosa. Considerando únicamente el equilibrio, ¿sería mejor

realizar la reacción a 50ºC o 75ºC?

Solución:

a) Convirtiendo las temperaturas a grados Kelvin(K):

T = 50ºC =323.15 ºK

T= 75ºC = 348.15 ºK

De la tabla 2.5, R =8.3144 J mol-1 K-1= 8.3144×10-3 kJ mol-1 K-1.Utilizando la

ecuación (6):

ln (50 ºC)= −5.73 kJ mol−1

(8.3144 × 10−3 kJ mol−1 K−1 ) (323.15 K )+ 0.0176 kJ mol−1 K−1

8.3144 ×10−3 kJ mol−1 K−1

K (50 ºC )=0.98

De igual manera, para T= 75ºC:

lnK (75 ºC )= −5.73 kJ mol−1

(8.3144 ×10−3 kJ mol−1 K−1 ) (348.15 K )+ 0.0176 kJ mol−1 K−1

8.3144 ×10−3 kJ mol−1 K−1

K (75 ºC )=1.15

b) Cuando aumenta la fracción de fructosa en la mezcla de equilibrio. Por lo tanto,

desde en el punto de vista termodinámico es mejor que el reactor opere a 75 ºC.

Sin embargo, también deberían considerarse otros factores como, por ejemplo, la

desactivación enzimática que se produce a elevadas temperaturas.

ΔHºrxn

ΔGºrxn

ΔSºrxn

II.-RENDIMIENTO DE LA REACCIÒN

La extensión en que los reactantes se convierten en productos se denomina rendimiento

de la reacción. Generalmente, rendimiento es la cantidad de producto formado o

acumulado por cantidad de reactante suministrado o consumido. Cuando reactantes o

productos se ven involucrados en reacciones diferentes, el rendimiento observado puede

ser diferente del rendimiento teórico.

El análisis anterior nos conduce a las dos definiciones más útiles de rendimiento para

los sistemas de reacción