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Autocatálisis

1920
  • Alfred J. Lotka
Químico que estudia la autocatálisis en un laboratorio con material de vidrio y reacciones químicas.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Autocatalysis is a chemical reaction where one of the reaction products is also a catalizador for the same or a coupled reaction. This creates a positive feedback loop, leading to an accelerating reaction rate. The rate of reaction is initially slow but increases as the concentration of the product (catalyst) builds up, often resulting in sigmoidal (S-shaped) kinetic curves.

En una reacción autocatalítica simple de la forma A + B → 2B, el producto B cataliza su propia formación. La ley de velocidad para una reacción de este tipo suele ser de segundo orden general, por ejemplo, [latex]\frac{d[B]}{dt} = k[A][B][/latex]. A diferencia de una reacción estándar de primer o segundo orden, en la que la velocidad es máxima al principio y disminuye a medida que se consumen los reactivos, la velocidad de una reacción autocatalítica está limitada inicialmente por la baja concentración del producto/catalizador [B]. A medida que aumenta [B], la velocidad se acelera, alcanzando un máximo antes de volver a disminuir a medida que se agota el reactivo [A]. Este comportamiento es característico de muchos sistemas complejos, como la replicación biológica y la dinámica de poblaciones.

La autocatálisis es un concepto clave para comprender sistemas que están lejos de termodinámica Equilibrio. Es un prerrequisito para la creación de patrones temporales o espaciales, como los observados en reacciones oscilantes (p. ej., la reacción de Belousov-Zhabotinsky), donde las concentraciones de intermediarios fluctúan periódicamente, o en sistemas de reacción-difusión que pueden generar patrones espaciales estacionarios (patrones de Turing). Estos fenómenos desafían la simple noción de que las reacciones se desarrollan sin problemas hasta alcanzar el equilibrio y son fundamentales para las teorías sobre la autoorganización y el surgimiento de estructuras complejas, incluyendo las teorías sobre el origen de la vida, donde moléculas autorreplicantes como el ARN podrían haber surgido mediante ciclos autocatalíticos.

UNESCO Nomenclature: 2202
- Química física

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Sustancial

Uso

Nicho/Especialización

Precursores

  • principios básicos de la cinética química
  • Observación de fenómenos periódicos en química (anillos de Liesegang)
  • El trabajo teórico de Alfred J. Lotka sobre las oscilaciones químicas
  • El descubrimiento de la reacción BZ por Boris Belousov

Aplicaciones

  • modelos para el origen de la vida (hipótesis del mundo de ARN)
  • reacciones químicas oscilantes como la reacción de Belousov-Zhabotinsky
  • despolimerización de algunos plásticos
  • la transición de fase de la ‘peste del estaño’ del estaño blanco al gris
  • algunos procesos biológicos como la coagulación sanguínea

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Materiales autopropagantes para una polimerización rápida iniciada por activación
  • Amplificadores químicos autocatalíticos para sensores ultrasensibles
  • Diseño de sistemas moleculares sintéticos autorreplicantes
  • autocatalytic networks for creating ‘chemical computers’
  • materiales que curan los daños mediante un proceso autocatalítico
  • autocatalytic depolymerization for circuito cerrado plastic recycling
  • sistemas de administración de fármacos que liberan agentes terapéuticos mediante una cascada autocatalítica
  • Amplificación de señales autocatalíticas en ensayos de diagnóstico
  • modelos para controlar reacciones descontroladas en procesos industriales
  • Circuitos biológicos sintéticos basados ​​en la expresión génica autocatalítica
Relacionado con: autocatálisis, retroalimentación positiva, curva sigmoidal, cinética de reacción, reacción oscilante, Belousov-Zhabotinsky, autorreplicación, origen de la vida, termodinámica de no equilibrio, patrones de Turing.

Contexto histórico

Autocatálisis

1918
1919-05-29
1920
1920
1921
1924
1924
1917
1918
1920
1920
1921
1922
1924
1925

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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