RAPIDEZ DE UNA REACCION QUÍMICA..
10.02.2014 19:45
Factores que afectan a la velocidad de una reacción química
TIPOS DE REACCIONES SEGÚN LAS FASES DE LOS REACCIONANTES
VELOCIDAD DE REACCIÓN:
La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tomar muchos años,[pero la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundo.
Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada (si tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos como referencia un reactivo) 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 choques y con ella la velocidad de la reacción. La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, 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 moles/s.
La teoría de colisiones
La teoría de colisiones, propuesta hacia 1920 por Gilbert N. Lewis (1875-1946) y otros químicos, afirma que para que ocurra un cambio químico es necesario que las moléculas de la sustancia o sustancias iniciales entren en contacto mediante una colisión o choque.
Pero no todos los choques son iguales. El choque que provoca la reacción se denomina choque eficaz y debe cumplir estos dos requisitos:
-
Que el choque genere la suficiente energía para romper los enlaces entre los átomos.
-
Que el choque se realice con la orientación adecuada para formar la nueva molécula.
Los choques que no cumplen estas condiciones y, por tanto, no dan lugar a la reacción, se denominan choques ineficaces.
A veces, el paso de reactivo a producto se realiza mediante la formación de un compuesto intermedio o complejo activado que se transformará posteriormente en los productos.
La energía de activación ( ) en química es la energía que necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado proceso. La energía de activación suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada. Para que ocurra una reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima.
Factores que afectan a la velocidad de una reacción química
¿De qué depende que una reacción sea rápida o lenta? ¿Cómo se puede modificar la velocidad de una reacción? Una reacción química se produce mediante colisiones eficaces entre las partículas de los reactivos, por tanto, es fácil deducir que aquellas situaciones o factores que aumenten el número de estas colisiones implicarán una mayor velocidad de reacción. Veamos algunos de estos factores.
Temperatura
Al aumentar la temperatura, también lo hace la velocidad a la que se mueven las partículas y, por tanto, aumentará el número de colisiones y la violencia de estas. El resultado es una mayor velocidad en la reacción. Se dice, de manera aproximada, que por cada 10 °C de aumento en la temperatura, la velocidad se duplica.
Esto explica por qué para evitar la putrefacción de los alimentos los metemos en la nevera o en el congelador. Por el contrario, si queremos cocinarlos, los introducimos en el horno o en una cazuela puesta al fuego.
Grado de pulverización de los reactivos
Si los reactivos están en estado líquido o sólido, la pulverización, es decir, la reducción a partículas de menor tamaño, aumenta enormemente la velocidad de reacción, ya que facilita el contacto entre los reactivos y, por tanto, la colisión entre las partículas.
Por ejemplo, el carbón arde más rápido cuanto más pequeños son los pedazos; y si está finamente pulverizado, arde tan rápido que provoca una explosión.
Naturaleza química de los reactivos que intervienen en la reacción
Dependiendo del tipo de reactivo que intervenga, una determinada reacción tendrá una energía de activación:
-
Muy alta, y entonces será muy lenta.
-
Muy baja, y entonces será muy rápida.
Así, por ejemplo, si tomamos como referencia la oxidación de los metales, la oxidación del sodio es muy rápida, la de la plata es muy lenta y la velocidad de la oxidación del hierro es intermedia entre las dos anteriores.
Concentración de los reactivos
Si los reactivos están en disolución o son gases encerrados en un recipiente, cuanto mayor sea su concentración, más alta será la velocidad de la reacción en la que participen, ya que, al haber más partículas en el mismo espacio, aumentará el número de colisiones.
El ataque que los ácidos realizan sobre algunos metales con desprendimiento de hidrógeno es un buen ejemplo, ya que este ataque es mucho más violento cuanto mayor es la concentración del ácido.
La variación de la velocidad de reacción con los reactivos se expresa, de manera general, en la forma:
v = k [A]α [B]β
Donde α y β son coeficientes que no coinciden necesariamente con los coeficientes estequiométricos de la reacción general antes considerados. La constante de velocidad k, depende de la temperatura.
Catalizadores
Los catalizadores son sustancias que facilitan la reacción modificando el mecanismo por el que se desarrolla. En ningún caso el catalizador provoca la reacción química; no varía su calor de reacción.
Los catalizadores se añaden en pequeñas cantidades y son muy específicos; es decir, cada catalizador sirve para unas determinadas reacciones. El catalizador se puede recuperar al final de la reacción, puesto que no es reactivo ni participa en la reacción.
Para la reacción aA + bB que da rR+ sS, la velocidad de reacción es la rapidez con que se forman R y S (lo que es igual que la rapidez con la que desaparecen A y B).
Para la reacción
La velocidad de reacción es la rapidez con la que A y B se transforman en R y S
Para la reacción rR+ sS que da aA + bB, la velocidad de reacción es la rapidez con que se forman A y B (lo que es igual que la rapidez con la que desaparecen R y S).
Para la reacción
La velocidad de reacción es la rapidez con la que R y S se transforman en A y B
EQUILIBRIO QUÍMICO
¿Qué es el Equilibrio Químico?
Es un estado de cualquier sistema en el que exista al menos una reacción reversible y la concentración de cada especie no cambie conforme pase el tiempo.
Para que la concentración de cada especie que está presente en el sistema no cambie a pesar de la existencia de una o más reacciones, en cada reacción reversible la velocidad de la reacción que se desplaza hacia la izquierda debe ser igual a la velocidad de reacción que se desplaza hacia la derecha.
VER https://depa.fquim.unam.mx/equilibrio/comic.htm
¿Por qué se da el equilibrio?
La existencia de las reacciones reversibles es la causa del Equilibrio Químico, no es posible entender este concepto sin comprender el fenómeno de reversibilidad.
¿Qué es una reacción reversible?
Son dos reacciones en las que intervienen los mismos compuestos. Los reactivos de una reacción son los productos de la segunda.
VER https://depa.fquim.unam.mx/equilibrio/animaciones/new.swf
¿Por qué hay reacciones reversibles?
Para que existan reacciones químicas, las moléculas deben chocar unas con otras, estos choques pueden unir a más de una molécula o pueden "desunirla" para dar lugar a la molécula original. Esta explicación es un acercamiento a la teoría de las colisiones, que es la que mejor describe la causa del por qué de las reacciones reversibles.
¿Cómo son las reacciones reversibles?
SIMULTÁNEAS. Las dos reacciones se llevan a cabo al mismo tiempo, normalmente una reacción es más rápida que la otra y por eso no se aprecia la simultaneidad ni el equilibrio.
La mayoría del curso consiste en resolver problemas numéricos, el caso de "Equilibrio Químico" no es la excepción. Esta página contiene las generalidades sobre las expresiones del equilibrio.
Para la reacción
la constante de equilibrio se escribe:
Los productos se encuentran en el numerador para que la magnitud de la constante indique la magnitud del desplazamiento de la reacción hacia la derecha.
LAS REACCIONES QUÍMICAS:
TIPOS DE REACCIONES SEGÚN LAS FASES DE LOS REACCIONANTES
Una reacción homogénea ocurre cuando los reactives y productos están en una sola fase y se desarrolla en forma homogénea en todas las partes de la fase. Una reacción heterogénea ocurre cuando las sustancias están en fases diferentes y se desarrolla sólo en la interfase, es decir, la zona de contacto entre las sustancias reaccionantes.
La rapidez de reacción:
El estudio de la rapidez de una reacción y de los factores que la afectan pertenece a un área de la química llamada cinética química. La rapidez de una reacción química se refiere a la cantidad de sustancias reaccionantes que se consumen o de productos que se forman en un tiempo determinado. La rapidez de una reacción se puede entender con la teoría de las colisiones, que trata de explicar cómo reaccionan las sustancias para formar un producto. Esta teoría considera que las partículas de las sustancias reaccionantes tienen que chocar en forma efectiva para poder reaccionar. Una colisión efectiva ocurre cuando las partículas tienen la debida orientación y chocan con suficiente energía; involucra un proceso energético y un arreglo definido de las partículas reaccionantes entre sí.
Factores que afectan la rapidez de la reacción.
La temperatura de la reacción La temperatura tiene un marcado efecto sobre la rapidez de reacción, que se aprecia en muchas situaciones de la vida cotidiana. La rapidez de la mayoría de las reac,ciones químicas aumenta al ocurrir un incremento de la temperatura, y como consecuencia algunas reacciones se tornan violentas y explosivas. Aunque la rapidez de reacción no aumenta de manera uniforme con el aumento de la temperatura, hay una regla general que se aplica frecuentemente en muchas reacciones: la rapidez de reacción se duplica con el aumento de cada 10 T.
Sin embargo, hay reacciones que se tornan más lentas al aumentar la temperatura. El aumento de la rapidez de reacción por la temperatura se puede entender en forma sencilla de acuerdo con la teoría de las colisiones Por otra parte, el aumento de la temperatura también permite que las partículas alcancen más rápido la energía de activación, la energía mínima para reaccionar.
La presencia de catalizadores Los catalizadores son sustancias que modifican la rapidez de una reacción química sin consumirse o sufrir una alteración química que disminuya su capacidad de acción posterior.
Hay dos tipos de catalizadores: los catalizadores positivos, que aceleran la rapidez de una reacción y los catalizadores negativos, que la disminuyen. Por lo general, el término catalizador se usa comúnmente para referirse a una sustancia que acelera la rapidez de reacción. Ahora bien, hay sustancias llamadas inhibidores que pueden causar que un catalizador disminuya su capacidad de acelerar una reacción.
Un catalizador actúa proporcionando un camino diferente y más fácil por el que puede transcurrir la reacción y hace más rápida la reacción. La función del catalizador es bajar la energía de activación de la reacción, y así permitir que un mayor número de partículas reaccionantes alcancen más fácilmente la energía mínima para reaccionar, lo que aumenta la rapidez de la reacción en comparación con la no catalizada. NATURALEZA DE LOS REACCIONANTES
La relación existente entre la rapidez de una reacción y la estructura molecular de sus reactivos es uno de los problemas más difíciles de resolver en la química moderna. La estructura molecular de las sustancias determina su propia naturaleza, la cual influye sobre la rapidez de las reacciones químicas.
Una sustancia tiene una característica o naturaleza propia que no puede ser alterada o manipulada por un experimentador para hacer que la reacción sea más rápida o más lenta. Esa estructura particular influye sobre la rapidez de la reacción de cada sustancia. En este sentido, la naturaleza de un reaccionante es una constante y no una variable.
Concentración de los reccionantes
En la mayoría de los casos, una reacción química aumenta su rapidez al incrementarse la concentración de uno o más de sus reactivos.
Esto se explica tomando como b ase la teoría de las colisiones. Según esta teoría, el número de choques efectivos entre las partículas de las sustancias reaccionantes aumenta al aumentar el número de colisiones. Por lo tanto, al aumentar la concentración de dichas partículas, la cercanía entre ellas disminuye, y los choques son más frecuentes y efectivos, lo que aumenta la rapidez de la reacción química.
Grado de subdivisión de los reactantes
La reacción de un sólido con un reactivo en disolución ocurre a través de colisiones de las partículas del reactivo con la superficie del sólido, reacción que se ha denominado heterogénea. Por lo tanto, en este tipo de reacción lo importante de considerar no es la cantidad de sólido presente sino la cantidad de superficie de contacto expuesta. En este sentido, la superficie de contacto varía de acuerdo con el estado de subdivisión en que se encuentre el material sólido
El grado de subdivisión de un material está relacionado con su área superficial: mientras más dividido se encuentre un material, mayor será el área de su superficie expuesta, y por lo tanto mayor será el número de colisiones, así la rapidez de reacción aumenta.
DETERMINACIóN DE LA RAPIDEZ DE REACCIÓN
La rapidez, como concepto general, es una relación matemática entre el cambio de una propiedad física y el intervalo en que ese cambio ocurre.
En una reacción química no se recorre una distancia. La propiedad medible que varía es la cantidad de sustancia transformada (reactante) o formada (producto) con el tiempo. A medida que transcurre una reacción química, los reaccionantes disminuyen y los productos aumentan. En este sentido, la rapidez de reacción permite conocer cómo varía la cantidad de un reaccionante o de un producto durante un tiempo determinado.
En términos matemáticos, entonces, la rapidez de reacción se puede establecer como la relación entre la masa de reactivo consumido o de producto formado en el transcurso del tiempo en que ocurre la reacción.
Por otra parte, el término "rapidez" es más recomendable que el de "velocidad" debido a que ésta implica un concepto vectorial, mientras que la rapidez implica sólo un valor.
EL SÍMBOLO A DENOTA UNA DIFERENCIA DE MAGNITUD
El cambio de una propiedad física implica una diferencia de magnitud entre el estado final (f) y el estado inicial (i). El cambio o diferencia se denota por el símbolo A. Así, el cambio de masa se puede expresar como:
A MASA
MASA (f) – MASA.
Si aplicas esta expresión para un reaccionante, resulta un valor negativo, pero para un producto resulta positivo. El signo negativo indica que el reaccionante se consume en la reacción y el signo positivo se forma. No obstante, el valor de la rapidez de reacción siempre es positivo, nunca negativo.
Factores que afectan la velocidad de reacción:
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Naturaleza de la reacción: Algunas reacciones son, por su propia naturaleza, más rápidas que otras. El número de especies reaccionantes, su estado físico las partículas que forman sólidos se mueven más lentamente que las de gases o de las que están en solución, la complejidad de la reacción, y otros factores pueden influir enormemente en la velocidad de una reacción.
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Concentración: La velocidad de reacción aumenta con la concentración, como está descrito por la ley de velocidad y explicada por la teoría de colisiones. Al incrementarse la concentración de los reactantes, la frecuencia de colisión también se incrementa.
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Presión: La velocidad de las reacciones gaseosas se incrementa muy significativamente con la presión, que es, en efecto, equivalente a incrementar la concentración del gas. Para las reacciones en fase condensada, la dependencia en la presión es débil, y sólo se hace importante cuando la presión es muy alta.
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Orden: El orden de la reacción controla cómo afecta la concentración (o presión) a la velocidad de reacción.
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Temperatura: Generalmente, al llevar a cabo una reacción a una temperatura más alta provee más energía al sistema, por lo que se incrementa la velocidad de reacción al ocasionar que haya más colisiones entre partículas, como lo explica la teoría de colisiones. Sin embargo, la principal razón porque un aumento de temperatura aumenta la velocidad de reacción es que hay un mayor número de partículas en colisión que tienen la energía de activación necesaria para que suceda la reacción, resultando en más colisiones exitosas. La influencia de la temperatura está descrita por la ecuación de Arrhenius. Como una regla de cajón, las velocidades de reacción para muchas reacciones se duplican por cada aumento de 10 ° C en la temperatura,3 aunque el efecto de la temperatura puede ser mucho mayor o mucho menor que esto. Por ejemplo, el carbón arde en un lugar en presencia de oxígeno, pero no lo hace cuando es almacenado a temperatura ambiente. La reacción es espontánea a temperaturas altas y bajas, pero a temperatura ambiente la velocidad de reacción es tan baja que es despreciable. El aumento de temperatura, que puede ser creado por una cerilla, permite que la reacción inicie y se caliente a sí misma, debido a que es exotérmica. Esto es válido para muchos otros combustibles, como el metano, butano, hidrógeno, etc.
La velocidad de reacción puede ser independiente de la temperatura (no-Arrhenius) o disminuir con el aumento de la temperatura (anti-Arrhenius). Las reacciones sin una barrera de activación (por ejemplo, algunas reacciones de radicales) tienden a tener una dependencia de la temperatura de tipo anti Arrhenius: la constante de velocidad disminuye al aumentar la temperatura.
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Solvente: Muchas reacciones tienen lugar en solución, y las propiedades del solvente afectan la velocidad de reacción. La fuerza iónica también tiene efecto en la velocidad de reacción.
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Radiación electromagnética e intensidad de luz: La radiación electromagnética es una forma de energía. Como tal, puede aumentar la velocidad o incluso hacer que la reacción sea espontánea, al proveer de más energía a las partículas de los reactantes. Esta energía es almacenada, en una forma u otra, en las partículas reactantes (puede romper enlaces, promover moléculas a estados excitados electrónicos o vibracionales, etc), creando especies intermediarias que reaccionan fácilmente. Al aumentar la intensidad de la luz, las partículas absorben más energía, por lo que la velocidad de reacción aumenta. Por ejemplo, cuando el metano reacciona con cloro gaseoso en la oscuridad, la velocidad de reacción es muy lenta. Puede ser acelerada cuando la mezcla es irradiada bajo luz difusa. En luz solar brillante, la reacción es explosiva.
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Un catalizador: La presencia de un catalizador incrementa la velocidad de reacción (tanto de las reacciones directa e inversa) al proveer de una trayectoria alternativa con una menor energía de activación. Por ejemplo, el platino cataliza la combustión del hidrógeno con el oxígeno a temperatura ambiente.
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Isótopos: El efecto isotópico cinético consiste en una velocidad de reacción diferente para la misma molécula si tiene isótopos diferentes, generalmente isótopos de hidrógeno, debido a la diferencia de masa entre el hidrógeno y el deuterio.
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Superficie de contacto: En reacciones en superficies, que se dan por ejemplo durante catálisis heterogénea, la velocidad de reacción aumenta cuando el área de la superficie de contacto aumenta. Esto es debido al hecho de que más partículas del sólido están expuestas y pueden ser alcanzadas por moléculas reactantes.
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Mezclado: El mezclado puede tener un efecto fuerte en la velocidad de reacción para las reacciones en fase homogénea y heterogénea.. Todos los factores que afectan una velocidad de reacción, excepto para la concentración y el orden de reacción, son tomados en cuenta en la ecuación de velocidad de la reacción.
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Definición formal de velocidad de reacción:
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Considérese una reacción química típica:
aA + bB → pP + qQ
Las letras minúsculas (a, b, p, y q) representan los coeficientes estequiométricos, mientras que las letras mayúsculas representan a los reactivos (A y B) y los productos (P y Q). De acuerdo a la definición del Libro Dorado de la IUPAC2 la velocidad instantánea de reacción v (también r o R) de una reacción química que se da en un sistema cerrado bajo condiciones de volumen constante, sin que haya acumulación de intermediarios de reacción, está definida por:
![v=-{\frac {1}{a}}{\frac {d[A]}{dt}}=-{\frac {1}{b}}{\frac {d[B]}{dt}}={\frac {1}{p}}{\frac {d[P]}{dt}}={\frac {1}{q}}{\frac {d[Q]}{dt}}](https://upload.wikimedia.org/math/e/9/2/e92aced2c886f6935e933ff947cef487.png)
(NOTA:La velocidad de reacción es siempre positiva. El signo '-' está presente en los términos que involucran a los reactivos porque la concentración de reactante disminuye en el tiempo.) La IUPAC2 recomienda que la unidad de tiempo siempre deba ser el segundo. En tal caso, la velocidad de reacción difiere de la velocidad de aumento de la concentración de un producto P por un factor constante (el recíproco de su número estequiométrico) y por un reactante A por menos el recíproco del número estequiométrico. Generalmente, la velocidad de reacción tiene las unidades mol·L−1·s−1.
Es importante tener en cuenta que la definición previa es válida sólo para una sola reacción, en un sistema cerrado de volumen constante. Esta suposición muy frecuentemente implícita debe ser explicitada, de lo contrario la definición es incorrecta: si se agrega agua a un recipiente conteniendo agua salada, la concentración de la sal disminuye, aunque no haya reacción química.
Para cualquier sistema en general, debe tomarse en cuenta el balance de masas completo: ENTRANTE - SALIENTE + GENERACIÓN = ACUMULACIÓN.

Cuando se aplica al caso más simple señalado previamente, esta ecuación se reduce a:
![v={\frac {d[A]}{dt}}](https://upload.wikimedia.org/math/a/3/9/a395696944303cd7e6c4ebb951888aee.png)
Para una sola reacción en un sistema cerrado de volumen variable, puede usarse la denominada velocidad de conversión, con el fin de evitar la manipulación de concentraciones. La velocidad de conversión está definida como la extensión de reacción con respecto al tiempo.

es el coeficiente estequiométrico para la sustancia
,
es el volumen de reacción, y
es la concentración de la sustancia
. Cuando se forman productos laterales o intermediarios de reacción, la IUPAC2 recomienda el uso de los términos velocidad de aparición y velocidad de desaparición para los productos y reactantes, respectivamente.Las velocidades de reacción también pueden ser definidas usando una base diferente al volumen del reactor. Cuando se usa un catalizador, la velocidad de reacción puede ser expresada en base al peso del catalizador (mol g−1 s−1) o área de la superficie del mismo (mol m−2 s−1). Si se toma como base un sitio específico de un catalizador que puede ser contado rigurosamente por un método específico, la velocidad puede ser expresada en unidades de s−1, por lo que se le denomina frecuencia de cambio, o de conversión.~~
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Rapidez De Las Reacciones Quimicas:
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Rapidez o velocidad de las reacciones químicas La cinética estudia la rapidez de una reacción, los factores que afectan dicha rapidez y el mecanismo de la reacción. Entendemos por mecanismo los diferentes pasos por los cuales pasan las reacciones hasta llegar a formar los productos.
Se puede plantear que es relación que se presenta entre la masa de reaccionante consumida y tiempo que dura la reacción. También se puede tomar la rapidez de reacción como la relación existente entre la masa formada de producto y el tiempo de reacción. Está conformada por la rapidez de formación y la rapidez de descomposición. Esta rapidez no es constante y depende de varios factores, como la concentración de los reactivos, la presencia de un catalizador, la temperatura de reacción y el estado físico de los reactivos.
Determinación de la rapidez de una reacción La rapidez con que ocurre una reacción química se puede determinar dividiendo la cantidad de sustancia transformada o producida (moles), entre el tiempo en que transcurre la reacción (segundos).
{draw:frame}
Orden de reacción Para cada reacción se puede formular una ecuación, la cual describe cuantas partículas del reactivo reaccionan entre ellas, para formar una cantidad de partículas del producto.
Para una reacción de la forma:
{draw:frame}
Esto significa, que dos partículas A colisionan con una partícula B, una partícula C y una partícula D para formar el producto E.
Sin embargo, la probabilidad de que cinco partículas colisionen al mismo tiempo y con energía suficiente, es escasa. -
velocidades de reacción y el mecanismo de reacción:
-
La cinética química es un área de la fisicoquímica que se encarga del estudio de la rapidez de reacción, cómo cambia la rapidez de reacción bajo condiciones variables y qué eventos moleculares se efectúan durante la reacción general (Difusión, ciencia de superficies, catálisis). La cinética química es un estudio puramente empírico y experimental; la química cuántica permite indagar en las mecánicas de reacción, lo que se conoce como dinámica química.
Rapidez de reacción
La Rapidez (o velocidad) de reacción está conformada por la rapidez de formación y la rapidez de descomposición. Esta rapidez no es constante y depende de varios factores, como la concentración de los reactivos, la presencia de un catalizador, la temperatura de reacción y el estado físico de los reactivos. Uno de los factores más importantes es la concentración de los reactivos. Cuanto más partículas existan en un volumen, más colisiones hay entre las partículas por unidad de tiempo. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den colisiones entre las moléculas, y la rapidez es mayor. A medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de colisión y con ella la rapidez de la reacción. La medida de la rapidez de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la rapidez 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 rapidez de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en (mol/l)/s es decir moles/(l·s).
Para una reacción de la forma:
la ley de la rapidez de formación es la siguiente:
vR es la rapidez de la reacción, ( − ΔcA) la disminución de la concentración del reactivo A en el tiempo Δt. Esta rapidez es la rapidez media de la reacción, pues todas las moléculas necesitan tiempos distintos para reaccionar.
La rapidez de aparición del producto es igual a la rapidez de desaparición del reactivo. De este modo, la ley de la rapidez se puede escribir de la siguiente forma:
Este modelo necesita otras simplificaciones con respecto a:
-
La actividad química, es decir, la "concentración efectiva"
-
La cantidad de los reactivos en proporción a la cantidad de los productos y del disolvente
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La temperatura
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La energía de colisión
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Presencia de catalizadores
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La presión parcial de gases orden de reacción
Para cada reacción se puede formular una ecuación, la cual describe cuantas partículas del reactivo reaccionan entre ellas, para formar una cantidad de partículas del producto.
Para una reacción de la forma:
esto significa, que dos partículas A colisionan con una partícula B, una partícula C y una partícula D para formar el producto E.
Sin embargo, la probabilidad de que cinco partículas colisionen al mismo tiempo y con energía suficiente, es escasa.
Más probable es que dos o tres partículas colisionen y formen un producto intermedio, este producto intermedio colisiona con las demás partículas y forma otros productos intermedios hasta formar el producto E, aquí un ejemplo:
La descomposición de la reacción principal en llamadas reacciones elementales y el análisis de estas nos muestra exactamente como ocurre esta reacción.
Por medio de métodos experimentales o por premisas se puede determinar la dependencia de la rapidez de las reacciones elementales con las concentraciones de los componentes A, B, C y D.
El orden de reacción está definido como la suma de los exponentes de las concentraciones en la ley rapidez de la reacción. Este es también llamado orden total de reacción, pues el orden depende del reactivo que se analice. El orden de la reacciones se determina experimentalmente.
Ejemplo :
Suponiendo que la rapidez de reacción de la primera reacción elemental tiene una dependencia cuadrática con la concentración del reactivo A, esto significa que esta reacción es de segundo orden con respecto al reactivo A. El orden total de esta reacción es también segundo, pues no hay otros reactivos.
Suponiendo que la rapidez de reacción de la segunda reacción elemental tenga una dependencia lineal con la concentración del reactivo A2, lineal con la concentración del reactivo B y ninguna dependencia con C. Entonces es la reacción de primer orden en relación a A2, de primer orden en relación a B y de cero orden en relación al componente C. El orden total es segundo.
Suponiendo que la rapidez de reacción de la tercera reacción elemental tenga una dependencia lineal con la concentración de A2BC, pero ninguna con la concentración de D, entonces es la reacción de primer orden en relación a A2BC y de orden cero en relación a D. El orden total de la reacción es primero.
Para una reacción hipotética de la forma:
la rapidez de reacción se define como:
r = k[A]a[B]b
(las concentraciones de reactivos están elevados a su correspondiente coeficiente cinético sólo en el caso en el que la reacción sea elemental). Donde los corchetes denotan la concentración de cada una de las especies; "r" denota la rapidez de reacción y "k" es la constante de rapidez. La rapidez 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
Factores que afectan a la rapidez de las reacciones
Existen varios factores que afectan la rapidez de una reacción química: la concentración de los reactivos, la temperatura, la existencia de catalizadores y la superficie de contactos tanto de los reactivos como del catalizador. Los catalizadores pueden aumentar o disminuir la velocidad de reacción.
Temperatura
Por norma general, la rapidez de reacción aumenta con la temperatura porque al aumentarla incrementa la energía cinética de las moléculas. Con mayor energía cinética, las moléculas se mueven más rápido y chocan con más frecuencia y con más energía. El comportamiento de la constante de rapidez o coeficiente cinético frente a la temperatura = lnA − (Ea / R)(1 / T2 − 1 / T1) esta ecuación linealizada es muy útil y puede ser descrito a través de la Ecuación de Arrhenius K = Aexp( − EA / RT) donde K es la constante de la rapidez, A es el factor de frecuencia, EA es la energía de activación necesaria y T es la temperatura, al linealizarla se tiene que el logaritmo neperiano de la constante de rapidez es inversamente proporcional a la temperatura, como sigue: ln(k1 / k2) la hora de calcular la energía de activación experimentalmente, ya que la pendiente de la recta obtenida al graficar la mencionada ley es: -EA/R, haciendo un simple despeje se obtiene fácilmente esta energía de activación, tomando en cuenta que el valor de la constante universal de los gases es 1.987cal/K mol. Para un buen número de reacciones químicas la rapidez se duplica aproximadamente cada diez grados centígrados
Estado Físico de los Reactivos
Si en una reacción interactúan reactivos en distintas fases, su área de contacto es menor y su rapidez también es menor. En cambio, si el área de contacto es mayor, la rapidez es mayor.
Al encontrarse los reactivos en distintas fases aparecen nuevos factores cinéticos a analizar. La parte de la reacción química, es decir, hay que estudiar la rapidez de transporte, pues en la mayoría de los casos estas son mucho más lentas que la rapidez intrínseca de la reacción y son las etapas de transporte las que determinan la cinética del proceso.
No cabe duda de que un mayor área de contacto reduce la resistencia al transporte, pero también son muy importantes la difusividad del reactivo en el medio, y su solubilidad, dado que esta es el límite de la concentración del reactivo, y viene determinada por el equilibrio entre las fases.
Presencia de un catalizador
Los catalizadores aumentan o disminuyen la rapidez de una reacción sin transformarse. Suelen empeorar la selectividad del proceso, aumentando la obtención de productos no deseados. La forma de acción de los mismos es modificando el mecanismo de reacción, empleando pasos elementales con mayor o menor energía de activación.
Existen catalizadores homogéneos, que se encuentran en la misma fase que los reactivos (por ejemplo, el hierro III en la descomposición del peróxido de hidrógeno) y catalizadores heterogéneos, que se encuentran en distinta fase (por ejemplo la malla de platino en las reacciones de hidrogenación).
Los catalizadores también pueden retardar reacciones, no solo acelerarlas, en este caso se suelen conocer como retardantes o inhibidores, los cuales impiden la producción.
Concentración de los reactivos
La mayoría de las reacciones son más rápidas en presencia de un catalizador y cuanto más concentrados se encuentren los reactivos, mayor frecuencia de colisión.
La obtención de una ecuación que pueda emplearse para predecir la dependencia de la rapidez de reacción con las concentraciones de reactivos es uno de los objetivos básicos de la cinética química. Esa ecuación, que es determinada de forma empírica, recibe el nombre de ecuación de rapidez. De este modo si consideramos de nuevo la reacción hipotética la rapidez de reacción "r" puede expresarse como Los términos entre corchetes son las molaridades de los reactivos y los exponentes m y n son coeficientes que, salvo en el caso de una etapa elemental no tienen por que estar relacionados con el coeficiente estequiométrico de cada uno de los reactivos. Los valores de estos exponentes se conocen como orden de reacción.
Hay casos en que la rapidez de reacción no es función de la concentración, en estos casos la cinética de la reacción está condicionada por otros factores del sistema como por ejemplo la radiación solar, o la superficie específica disponible en una reacción gas-sólido catalítica, donde el exceso de reactivo gas hace que siempre estén ocupados todos los centros activos del catalizador.
Presión
En una reacción química, si existe una mayor presión en el sistema, ésta va a variar la energía cinética de las moléculas. Entonces, si existe una mayor presión, la energía cinética de las partículas va a aumentar y la reacción se va a volver más rápida. Excepto en los gases, que al aumentar su presión aumenta también el movimiento de sus partículas y, por tanto, la rapidez de reacción.
Luz
La luz es una forma de energía. Algunas reacciones, al ser iluminadas, se producen más rapidamente, como ocurre en el caso de la reacción entre el cloro y el hidrógeno. En general, la luz arranca electrones de algunos átomos formando iones, con lo que aumenta considerablemente la velocidad de reacción.





