Scientific Figure
Perfiles de energía

Generador de diagramas de energía potencial

Diagramas de energía de química a escala: perfiles exotérmicos y endotérmicos con flechas de Ea y ΔH, vías catalizadas, mecanismos de varios pasos y curvas de energía de un enlace, para fichas, clases y artículos.

Estilos de diagramas de energía

Cuatro estilos, cada uno sobre un diagrama distinto: un perfil SN2 de CH₃Br + OH⁻ con su estado de transición [HO···CH₃···Br]⁻ en los colores de un libro de texto, un perfil endotérmico de examen con escala cada 20 kJ y Ea directa e inversa en blanco y negro, un diagrama de energía libre de cálculos DFT en niveles unidos por líneas discontinuas con la etapa determinante marcada, como figura de revista, y una vía enzimática por ES y EP frente a la reacción sin catalizar en una diapositiva oscura.

Libro de texto
Ficha de ejercicios
Figura de revista
Diapositiva oscura

Ejemplos de diagramas de energía

Cuatro resultados reales, cada uno generado con el prompt de su tarjeta: la descomposición del peróxido de hidrógeno con y sin yoduro (Ea 75 y 56 kJ/mol, ΔH = −98 kJ/mol), un perfil endotérmico de un paso rotulado solo con símbolos, un perfil SN1 de dos pasos con Ea1 = 95 y Ea2 = 7 kJ/mol y la etapa determinante marcada, y la curva de energía potencial del H₂ con su mínimo en 74 pm. Haz clic en una tarjeta para cargar su prompt.

Con y sin catalizador
Endotérmica, sin valores
SN1 en dos pasos
Curva de enlace del H₂

¿Qué es un diagrama de energía potencial?

Un diagrama de energía potencial, también llamado perfil de energía o diagrama de coordenada de reacción, representa la energía de un sistema que reacciona frente a la coordenada de reacción: el avance desde los reactivos, a la izquierda, hasta los productos, a la derecha. Cada máximo es un estado de transición y cada valle entre dos máximos un intermedio de reacción. La subida desde los reactivos hasta la cima de una barrera es la energía de activación, Ea; la distancia vertical entre el nivel de los reactivos y el de los productos es la entalpía de reacción, ΔH. Productos por debajo de los reactivos indican una reacción exotérmica, por encima una endotérmica, y un catalizador aparece como una barrera más baja entre los mismos dos niveles.

Sobre este generador de diagramas de energía

  • Escribe los niveles como aparecen en tus apuntes: reactivos 0, ET1 +85, intermedio +20, ET2 +60, productos −45 kJ/mol. O da la Ea y la ΔH de cada paso (Ea = 50 kJ/mol, ΔH = −30 kJ/mol) y los niveles se suman antes de dibujar nada.
  • La curva se calcula a través de cada punto estacionario: alcanza su máximo exactamente en cada estado de transición y su mínimo exactamente en cada intermedio, sin jorobas de más; si todos los niveles son números, las alturas quedan a escala.
  • Cada flecha de energía de activación parte del mínimo justo anterior a su barrera, nunca del eje; la flecha de ΔH va del nivel de los reactivos al de los productos con su signo impreso, ΔH = −45 kJ/mol o ΔH = +30 kJ.
  • Sin ningún número («una reacción endotérmica con y sin catalizador»), la forma sigue tu descripción y las flechas llevan solo símbolos, Ea y ΔH > 0. No se inventa ningún valor.
  • Las unidades se mantienen como las escribas (kJ/mol, kJ·mol⁻¹, kcal/mol, eV). Pide un diagrama de energía libre y las flechas pasan a ΔG‡ y ΔG°; pide niveles unidos por líneas discontinuas y obtienes el diagrama escalonado de los artículos DFT.

Diagramas de energía que puedes crear

Ocho figuras que los cursos de química y los artículos dibujan sobre estos ejes, qué distingue a cada una y qué escribir para obtenerla.

Diagrama de energía de una reacción exotérmica

Los productos acaban por debajo de los reactivos, así que ΔH es negativa y la flecha de ΔH apunta hacia abajo. La barrera inversa es siempre la más alta: con Ea = 50 kJ/mol y ΔH = −120 kJ/mol, el camino de vuelta desde los productos sube 170 kJ/mol. Escribe los dos números, o solo «exotérmica» sin ninguno, y las flechas llevarán Ea y ΔH < 0.

Diagrama de energía de una reacción endotérmica

Los productos acaban por encima de los reactivos, ΔH es positiva y la barrera debe cubrir al menos esa diferencia. Reactivos a 40 kJ, complejo activado a 100 kJ y productos a 70 kJ dan una Ea directa de 60 kJ, una inversa de 30 kJ y ΔH = +30 kJ, el ejercicio clásico de examen; añade «eje y con escala cada 20 kJ» para graduar el eje.

Diagrama de energía de activación con y sin catalizador

Dos caminos entre los mismos niveles de reactivos y productos: el catalizado, más bajo y discontinuo, con su propia flecha de Ea, y una sola ΔH para ambos, porque un catalizador nunca la cambia. El ejemplo de libro es la descomposición del peróxido de hidrógeno: Ea 75 kJ/mol sin catalizador y 56 kJ/mol con yoduro, ΔH = −98 kJ/mol. El diagrama de energía de una enzima es la misma figura, con la vía catalizada pasando por los complejos ES y EP.

Diagrama de coordenada de reacción de varios pasos

Un máximo por cada paso elemental y un valle por cada intermedio, cada paso con su propia Ea medida desde el mínimo anterior. Reactivos 0, ET1 +85, intermedio +20, ET2 +60, productos −45 kJ/mol dan Ea1 = 85 y Ea2 = 40 kJ/mol. Pide «marcar la etapa determinante de la velocidad» y se obtiene de los números: la mayor subida desde el punto más bajo anterior a un máximo, que no siempre es el máximo más alto.

Diagramas de energía SN1 y SN2

La SN2 es de un paso: un único máximo en el estado de transición pentacoordinado [Nu···C···GS]‡ y ningún intermedio. La SN1 es de dos: ionización a carbocatión sobre la alta primera barrera y luego una pequeña segunda barrera cuando entra el nucleófilo. Nombra el mecanismo y la forma se adapta; da los niveles de ET1, el carbocatión y ET2 para dibujarlos a escala. Los perfiles E2 y E1 tienen las mismas dos formas.

Diagrama de energía libre de Gibbs (ΔG‡)

El eje vertical es G, las flechas pasan a ΔG‡ y ΔG°, y los artículos de química computacional dibujan cada estado como un nivel horizontal corto unido al siguiente con líneas discontinuas. Escribe «energía libre, kcal/mol, niveles unidos por líneas discontinuas» junto a tus valores DFT; el estilo de revista añade escala. A 25 °C, una barrera de 18,4 kcal/mol supone una constante de velocidad de unos 0,2 s⁻¹, una vida media de unos 3,4 s.

Diagrama de entalpía

La misma figura con la entalpía, H, en el eje vertical: reactivos y productos como niveles, ΔH entre ellos y Ea sobre la joroba. Si das solo reactivos y productos obtienes el diagrama de entalpía de dos niveles, con una sola flecha de ΔH y sin barrera; añade la Ea y aparece la curva entre ambos.

Curva de energía potencial de un enlace (Morse, Lennard-Jones)

La otra figura que se llama diagrama de energía potencial: la energía de dos átomos frente a la distancia entre sus núcleos, con una pared repulsiva muy empinada, un mínimo en la longitud de enlace y una cola plana en cero cuando los átomos se separan. El H₂ se dibuja con su mínimo en 74 pm y un pozo de 436 kJ/mol; nombra Lennard-Jones y da ε y σ para un par de van der Waals como el argón (ε = 0,998 kJ/mol, σ = 340 pm), cuyo mínimo está en 2^(1/6)σ = 382 pm.

Cómo leer un diagrama de energía

Qué es cada elemento de un perfil de reacción, dónde está en la figura y qué dice sobre la reacción.

ElementoDónde está en el diagramaQué indica
Reactivos y productosLos niveles planos de los extremos izquierdo y derechoSus energías; la diferencia entre ellos es ΔH
Estado de transición (‡)Cada máximoLa disposición de mayor energía de un paso elemental; dura aproximadamente una vibración de enlace y no se puede aislar
IntermedioUn valle entre dos máximosUna especie real con vida media finita, como el carbocatión de la SN1; a veces detectable
Energía de activación, EaDesde el mínimo anterior a un máximo hasta el máximoLo lento que es ese paso: a 25 °C, cada 5,7 kJ/mol (1,36 kcal/mol) extra lo hace unas diez veces más lento
Energía de activación inversaDesde los productos hasta el último máximoLa barrera de la reacción inversa: Ea(inversa) = Ea(directa) − ΔH
ΔH (ΔG° en un diagrama de energía libre)Distancia vertical del nivel de los reactivos al de los productosNegativa: exotérmica (exergónica), se libera energía; positiva: endotérmica (endergónica)
Etapa determinante de la velocidadEl paso con la mayor subida desde el punto más bajo anteriorQué paso fija la velocidad global; normalmente, aunque no siempre, el del máximo más alto
Vía catalizadaUn camino más bajo entre los mismos dos nivelesEa menor, a menudo con más intermedios; ΔH y la posición del equilibrio no cambian

La coordenada de reacción no tiene unidades ni números. Ordena las etapas de la reacción de izquierda a derecha; solo el eje vertical es una magnitud medida, así que el espaciado horizontal de un diagrama de energía no significa nada.

Diagrama de energía exotérmico frente a endotérmico

Los mismos tres elementos, los niveles, la barrera y las dos flechas, se leen de forma distinta según qué nivel quede más bajo.

ExotérmicaEndotérmica
Productos frente a reactivosMás bajosMás altos
Signo de ΔHNegativo, ΔH < 0Positivo, ΔH > 0
Flecha de ΔHHacia abajoHacia arriba
Barreras directa e inversaEa(directa) menor que Ea(inversa)Ea(directa) mayor que Ea(inversa), y como mínimo igual a ΔH
Energía y entornoSe libera calor, el entorno se calientaSe absorbe calor, el entorno se enfría
Estado de transición (postulado de Hammond)Temprano, parecido a los reactivosTardío, parecido a los productos
EjemplosCombustión del metano, ΔH = −890 kJ/mol; descomposición del H₂O₂, −98 kJ/molCaCO₃ → CaO + CO₂, ΔH = +178 kJ/mol; N₂ + O₂ → 2 NO, +181 kJ/mol

Exotérmica no significa rápida. El signo de ΔH sale de los dos niveles y la velocidad de la barrera: el metano y el oxígeno conviven sin reaccionar hasta que una chispa aporta la energía de activación, aunque la reacción libera 890 kJ/mol.

ΔH a partir de las dos barreras, y lo que vale un catalizador

En cualquier diagrama de energía, ΔH = Ea(directa) − Ea(inversa), y la ecuación de Arrhenius convierte un cambio de barrera en un cambio de velocidad. Bajar la Ea unos pocos kJ/mol acelera una reacción muchas veces, porque la barrera está en un exponente.

ΔH = Ea,dir − Ea,inv k = A·e^(−Ea / RT) k_cat / k_sin cat = e^((Ea,sin cat − Ea,cat) / RT)

En palabras

La distancia entre los niveles es la diferencia de las dos subidas; cada kJ/mol que se quita a la barrera multiplica la velocidad.

El yoduro baja la barrera de la descomposición del peróxido de hidrógeno de 75 a 56 kJ/mol. A 25 °C eso es e^(19 000 / (8,314 × 298)) ≈ 2100: la reacción catalizada va unas dos mil veces más rápido (con el mismo A), mientras ΔH sigue en −98 kJ/mol. En un diagrama de energía libre el mismo cálculo usa ΔG‡ en la ecuación de Eyring, k = (k_B·T / h)·e^(−ΔG‡ / RT).

Preguntas frecuentes sobre diagramas de energía

¿Cómo se dibuja un diagrama de energía potencial?

Energía en el eje y, coordenada de reacción en el eje x, los reactivos como una línea plana corta a la izquierda y los productos a la derecha, una joroba por paso entre ellos; después, la flecha de Ea desde el nivel de los reactivos hasta la cima y la flecha de ΔH de reactivos a productos. Aquí, en cambio, escribes los niveles, por ejemplo «reactivos 0, estado de transición 75, productos −98 kJ/mol», o solo Ea y ΔH, y la joroba, las dos flechas y sus valores se colocan por ti.

¿Dónde empieza la flecha de la energía de activación?

En la energía de lo que hay justo antes de la barrera, los reactivos en una reacción de un paso o el intermedio en un paso posterior, y termina en la cima de esa barrera. No empieza en el eje x ni en cero. En un perfil de dos pasos con reactivos 0, ET1 85, intermedio 20 y ET2 60, la Ea del segundo paso es 60 − 20 = 40, no 60.

¿Cómo se sabe en un diagrama de energía si una reacción es exotérmica o endotérmica?

Compara los dos niveles: productos por debajo de los reactivos es exotérmica (ΔH < 0), por encima es endotérmica (ΔH > 0). La altura de la barrera no dice nada de esto; una reacción endotérmica puede tener una Ea pequeña y una exotérmica una Ea enorme.

¿Qué diferencia hay entre un estado de transición y un intermedio?

Un estado de transición es un máximo; un intermedio, un valle. El estado de transición es el punto más alto de un paso elemental, una estructura a medio camino entre la ruptura y la formación de enlaces que no se puede aislar; un intermedio es una especie real que se forma en un paso y se consume en el siguiente, como el carbocatión de la SN1. Un diagrama con n pasos tiene n estados de transición y n − 1 intermedios.

¿Cómo cambia un catalizador el diagrama de energía?

Añade un camino más bajo entre los mismos niveles de reactivos y productos: la Ea baja y la ΔH queda exactamente igual. La vía catalizada suele tener más pasos, cada uno con una barrera menor, porque el catalizador se une a los reactivos y los libera transformados. Los diagramas de enzimas lo muestran con valles para el complejo enzima-sustrato (ES) y enzima-producto (EP). Un catalizador acelera por igual la reacción directa y la inversa y no desplaza el equilibrio.

¿Cómo se encuentra la etapa determinante de la velocidad en un diagrama de energía?

En la mayoría de los perfiles de libro es el paso con el estado de transición más alto. En rigor, es el paso con la mayor subida desde el punto más bajo que lo precede. Ambos criterios pueden diferir: con reactivos 0, ET1 50, intermedio −40, ET2 30 y productos −60, ET1 es el máximo más alto, pero el segundo paso tiene que subir 70 desde el intermedio profundo, así que es el paso 2 el que limita la velocidad. Pide al generador que marque la etapa determinante y aplicará esa regla a tus números.

¿Cómo son los diagramas de energía de la SN1 y la SN2?

La SN2 tiene una joroba: la formación y la ruptura del enlace ocurren a la vez en un estado de transición, v = k[sustrato][nucleófilo]. La SN1 tiene dos jorobas con el carbocatión en el valle entre ellas; la primera, la ionización, es la barrera más alta y la etapa determinante, así que v = k[sustrato]. Un carbocatión más estable (terciario en lugar de primario) baja tanto ese intermedio como la barrera que conduce a él.

¿Qué diferencia hay entre un diagrama de energía potencial, de entalpía y de energía libre?

Solo la magnitud del eje y. En secundaria se habla de energía potencial, en termoquímica de entalpía, H, y en química orgánica, bioquímica y química computacional de energía libre de Gibbs, G, con ΔG‡ para la barrera y ΔG° para el cambio global. Indica cuál quieres, o escribe «energía libre», y el eje y las flechas se rotulan en consecuencia.

¿Qué muestra la curva de energía potencial de un enlace?

Cómo cambia la energía de dos átomos con la distancia entre ellos. Muy separados es cero; al acercarse baja hasta un mínimo en la longitud de enlace y, más cerca aún, sube de golpe porque los núcleos se repelen. Para el H₂ el mínimo está en 74 pm. Los libros rotulan el pozo con 436 kJ/mol, la entalpía de enlace; en rigor, la profundidad del pozo Dₑ es 458 kJ/mol y la energía necesaria desde el nivel vibracional más bajo, D₀, 432 kJ/mol. Escribe el número que quieras ver impreso y ese será el rótulo.

¿La IA cambia mis energías o se inventa valores?

No. Cada nivel, cada Ea y ΔH, la escala y la etapa determinante se calculan a partir de tus números antes de generar la imagen, y el modelo de imagen solo los coloca. Los valores se imprimen solo donde los diste o donde se deducen de los tuyos (una Ea a partir de dos niveles dados). Una petición sin números se dibuja como una forma rotulada con los símbolos Ea y ΔH, sin valores.

Fuentes

Un diagrama de energía con cada nivel en su sitio

Escribe las energías de reactivos, estados de transición, intermedios y productos, o simplemente describe la reacción, y obtén un perfil listo para una ficha, una clase o un artículo.

Crear un diagrama de energía