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Héctor Cejudo González
Índice
Introducción al tema…………………………………pág. 1
Velocidad de reacción……………………………….pág.1-2
Expresión matemática de la velocidad de
reacción…………………………………………………….pág.2-3
Condiciones necesarias para que se dé una
reacción…………………………………………………….pág.3-4
El complejo activado y la energía de
activación………………………………………………….pág.4-5
Explica porqué una gráfica corresponde a una reacción exotérmica y otra a
una endotérmica………………………………………pág.5-6
Principales factores que influyen en la velocidad de
reacción…………………………………………………..pág.6-7
INTRODUCCIÓN
La cinética química es el campo de la química que se ocupa de la rapidez o velocidad
de las reacciones, así como de los mecanismos de las mismas.
Es muy importante resaltar que la cinética química es hoy por hoy un estudio
puramente empírico y experimental, pues a pesar de la gran cantidad de
conocimientos sobre mecánica cuántica aplicada a la química (química cuántica) que
se conocen, siguen siendo insuficientes para predecir ni siquiera por aproximación la
velocidad de una reacción química. Por lo que la velocidad de cada reacción se
determina experimentalmente.
Este campo estudia la velocidad de reacción de los procesos químicos en función de la
concentración de las especies que reaccionan, de los productos de reacción, de los
catalizadores e inhibidores, de los diferentes medios disolventes, de la temperatura, y
de todas las demás variables que pueden afectar a la velocidad de una reacción.
Cuando algunas sustancias reaccionan lo hacen en forma lenta, por ejemplo el hierro
en presencia de aire; otras reaccionan rápidamente, como por ejemplo el sodio
también en presencia de aire; y hay sustancias como el papel en presencia de aire que
no reaccionarían jamás sin el auxilio del fuego, pero una vez comenzada la reacción
ésta se desarrolla rápidamente.
Entonces, tanto para que una reacción ocurra, como para modificar su velocidad, se
deberán tener en cuenta varios factores.
VELOCIDAD DE REACCIÓN
Se define como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo. La
velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de
reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre las
moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor. A medida que la reacción avanza, al ir
disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de choque y
con ella la velocidad de la reacción.
Para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de
reactivo que desaparece por unidad de tiempo, o bien la cantidad de producto que
aparece por unidad de tiempo.
La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en
(mol/l)/s.
La velocidad de reacción se expresa de la siguiente forma:
Velocidad = moles o gramos de sustancias que reaccionan por litro / tiempo en
segundos.
Así, existen reacciones en la Naturaleza que se pueden producir de manera
instantánea o puede tratarse de un lento proceso. Pero también hay que tener en
cuenta los factores que pueden afectar a la velocidad de producción de reacciones
químicas.
Expresión matemática de la velocidad de reacción
La ecuación de velocidad o ley de reacción es una expresión matemática usada en
cinética química que relaciona la velocidad de una reacción con la concentración de
cada reactante.
La velocidad de reacción se define como: r = k [A]a [B]b donde “k” es el coeficiente
cinético de reacción o constante de velocidad, y "r" denota la velocidad de reacción.
“a” se llama orden de la reacción para el reactivo A.
“b” se llama orden de la reacción para el reactivo B.
a + b es el orden total de la reacción.
La velocidad de las reacciones químicas abarca escalas de tiempo muy amplias. Por
ejemplo, una explosión puede ocurrir en menos de un segundo; la cocción de un
alimento puede tardar minutos u horas; la corrosión puede tomar años y la formación
de petróleo puede tardar millones de años.
Condiciones necesarias para que se dé una reacción
Como sabemos existen infinidad de reacciones químicas y por consiguiente cada tipo
de reacción necesitara sus propios parámetros:
Los factores que hay que tener en cuenta a la hora de llevar a cabo o desarrollar una
reacción química son:
– Condiciones de presión, temperatura, y composición necesarias para que los
materiales entren en estado de reacción.
– Las características termodinámicas y cinéticas de la reacción. (energía)
– Las fases (sólido, líquido, gaseoso) que se encuentran presentes en la reacción
Formas de cambios químicos:
– Descomposición, consiste en que una molécula se divide en moléculas más
pequeñas, átomos o radicales.
– Combinación, ésta se realiza cuando una molécula o átomo se une con otra especie
para formar un compuesto nuevo.
– Isomerización, en este caso la molécula no efectúa ninguna descomposición externa
o adición a otra, es simplemente un cambio de configuración estructural interna.
La quimioluminiscencia es provocada por una reacción química; ocurre, por ejemplo,
cuando el fósforo amarillo se oxida en el aire produciendo una luminiscencia verde.
El complejo activado y la energía de activación
El químico sueco Svante Arrhenius sugirió que las moléculas deben poseer una
cantidad mínima de energía para reaccionar. Esa energía proviene de la energía
cinética de las moléculas que colisionan. La energía cinética sirve para originar las
reacciones, pero si las moléculas se mueven muy lento, las moléculas solo rebotarán al
chocar con otras moléculas y la reacción no sucede.
Según esta teoría, cuando los reactantes se aproximan se produce la formación de un
estado intermedio de alta energía, alta inestabilidad y por tanto de corta duración, que
se denomina complejo activado. La energía que necesitan los reactantes para alcanzar
este complejo se llama energía de activación (Ea). Cuanto mayor sea la energía de
activación, en general, menor será la velocidad de la reacción.
La magnitud de la energía de activación de una reacción química determina la
velocidad de ésta; si la energía de activación es muy alta, la reacción ocurre en un largo
periodo de tiempo; si esta energía es baja, los reactantes pueden adquirirla fácilmente
acelerando la reacción.
De acuerdo al cambio neto de energía, es decir, a la diferencia entre la energía de los
productos y de los reactantes, las reacciones se clasifican en endergónicas, si se
requiere energía y exergónicas, si se libera. Cuando la energía se manifiesta como
calor, las reacciones se denominarán endotérmicas y exotérmicas respectivamente.
Explica por qué una gráfica corresponde a una
reacción exotérmica y otra a una endotérmica
En la figura 1 se muestra el diagrama de energía para una reacción exotérmica
cualquiera:
En este diagrama se observa que la energía de los reactivos es mayor que la energía de
los productos. Entre ellos existe un máximo de energía que corresponde a la formación
del complejo activado, que luego de liberar parte de la energía de activación decae a
producto.
En la figura 2 se muestra el diagrama de energía para una reacción endotérmica
cualquiera:
En el diagrama observamos que la energía para los reactivos es menor que la energía
de los productos, y por lo tanto nuestro sistema absorbe energía. El complejo activado
es el estado intermedio entre reactantes y productos, en un máximo de energía.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE
REACCION
Todos los factores que provoquen un aumento del nº de choques y de su eficacia,
favorecerán la velocidad de reacción, entre ellos destacamos:
NATURALEZA DE LOS REACTIVOS
Las reacciones que requieran la ruptura de enlaces en los reactivos (moléculas
intactas), serán más lentas que aquellas en las que los reactivos estén parcialmente
disgregados (disoluciones, reacciones entre iones...).
CONCENTRACION DE LOS REACTIVOS
El aumento en la concentración supone un incremento del nº de choque y, por tanto,
un aumento de los choques efectivos; es decir: a mayor concentración de los reactivos,
mayor velocidad de reacción
TEMPERATURA
La velocidad de cualquier reacción aumenta con la temperatura.
Por una parte el aumento de temperatura supone aumentar la velocidad de las
moléculas, y por tanto el nº y eficacia de los choques.
Por otra, el aumento de temperatura provoca un aumento de la energía de las
moléculas, es decir, el nº de moléculas activadas.
GRADO DE DIVISION DE LOS REACTIVOS
Cuanto más divididos estén los reactivos, mayor será la probabilidad de contactos
entre ellos, por lo que aumentará la velocidad de la reacción.
PRESENCIA DE CATALIZADORES
Un Catalizador es una sustancia que modifica la velocidad de una reacción sin entrar a
formar parte de ella. Este fenómeno se denomina “catálisis”.
Desde el punto de vista energético la acción de los catalizadores es modificar la
energía de activación de una reacción. Un catalizador modifica la velocidad de
reacción, pero no es capaz de provocar una reacción que por sí sola no llegara a
producirse.
Hay dos tipos de catalizadores:
Catalizadores positivos: Disminuyen la energía de activación, provocan aumento de la
velocidad de reacción.
Catalizadores negativos o inhibidores: Aumentan la energía de activación, provocan
descenso de la velocidad de reacción.
Todos los catalizadores son específicos, cada reacción tiene su propio catalizador, y
bastan pequeñísimas cantidades de él para activar a grandes masas de reactivos.
LUZ
Hay reacciones que en la oscuridad son muy lentas, como por ejemplo, la combinación
del hidrógeno con el cloro. La luz solar acelera la reacción de modo tal, que a la luz
solar directa, la reacción se hace explosiva.
AGITACIÓN
Lo que se logra agitando las sustancias reaccionantes, es mezclar íntimamente los
reactivos aumentando la superficie de contacto entre ellos.