Química

Rapidez de Reacción

La cinética es la parte de la química que estudia las velocidades de las reacciones, donde con el aumento de la temperatura se aumenta la velocidad.

Existen factores que influencian en la velocidad como “temperatura”, “superficie” y “concentración de reactivos”.

Velocidad de una reacción

La velocidad de una reacción es la variación de la concentración de los reactivos por la variación de una unidad de tiempo. Las velocidades de las reacciones químicas generalmente son expresadas en molaridad por segundo (M/s).

La velocidad media de formación de un producto de una reacción es dado por:

Vm = variación de la concentración del producto / variación del tiempo

La velocidad de reacción decrece con el tiempo. La velocidad de formación del producto es igual a la velocidad del consumo del reactivo.

Velocidad de reacción = variación de la concentración de los reactivos / variación del tiempo.

La velocidad de las reacciones químicas puede ocurrir en escalas de tiempo muy amplias. Por ejemplo, una explosión puede ocurrir en menos de un segundo, la cocción de un alimento puede llevar minutos u horas, la corrosión puede llevar años y la erosión de una roca puede ocurrir en millares o millones de años.

Factores que influencian en la velocidad de reacción

* Superficie de contacto: Cuanto mayor la superficie de contacto, mayor será la velocidad de reacción

* Temperatura: Cuanto mayor la temperatura, mayor será la velocidad de reacción

* Concentración de los reactivos: Aumentando la concentración de los reactivos, aumentará la velocidad de reacción.

En una reacción química, la etapa más lenta es la que determina su velocidad. Observemos el ejemplo a continuación: El peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) reaccionando con iones ioduro, formando água y oxígeno gaseoso.

I – H2O2 + I- ——> H2O + IO- (Lenta)

II – H2O2 + IO- ——> H2O + O2 + I- (Rápida)

Ecuación simplificada: 2 H2O2 ——> 2 H2O + O2.

La ecuación simplificada corresponde a la suma de las ecuaciones I y II. Como la etapa I es la etapa lenta, para aumentar la velocidad de reacción, se debe actuar en ella. Tanto para aumentar o disminuir la velocidad de reacción, la etapa II (rápida) no va a influir, siendo la etapa I la más importante.

La ley de Guldberg-Waage:

Consideremos la siguiente reacción: a A + b B ———-> c C + d D

Según la ley de Guldberg-Waage; V = k [A]a [B]b.

Donde:

V = Velocidad de reacción;

[ ] = Concentración de la sustancia en mol /L;

k = Constante de la velocidad específica para cada temperatura.

El orden de una reacción es la suma de los exponentes de las concentraciones de la ecuación de la velocidad. Utilizando la ecuación anterior, calculamos el orden de tal reacción por la suma de (a + b)

Teoría de colisión

Por la teoría de colisión, para que exista reacción es necesario que:

* Las moléculas de los reactivos colisionen entre si;

* La colisión ocurra con geometría favorable a la formación del complejo activado

* La energía de las moléculas que colisionan entre si sea igual o superior a la energía de activación.

Colisión efectiva o eficaz es aquella que resulta en reacción, esto es, que está de acuerdo con las dos últimas condiciones de la teoría de colisión. El número de colisiones efectivas o eficaces y muy pequeño comparado al aumento total de colisiones que ocurren entre las moléculas de los reactivos.

Cuanto menor fuese la energía de activación de una reacción, mayor será su velocidad.

Una elevación de temperatura aumenta la velocidad de una reacción porque aumenta el número de moléculas de los reactivos con energía superior a la de activación.

Regla de Van’t Hoff – Una elevación de 10°C duplica la velocidad de una reacción.

Esta es una regla aproximada y muy limitada.

El aumento de la concentración de los reactivos aumenta la velocidad de reacción

Energía de activación

Es la energía mínima necesaria para que los reactivos puedan transformarse en productos. Cuanto mayor la energía de activación, menor será la velocidad de reacción.

Al alcanzar la energía de activación, es formado el complejo activado. El complejo activado posee entalpía mayor que la de los reactivos y de los productos, siendo bastante inestable; con esto, el complejo es deshecho y da origen a los productos de la reacción. Observemos el gráfico:

Camino de la Reacción

Donde:

C.A.= Complejo activado

Eat. = Energía de activación

Hr. = Entalpía de los reactivos

Hp. = Entalpía de los productos

DH = Variación de entalpía.

Catalizador:

El catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de reacción, sin ser consumida durante tal proceso.

La principal función del catalizador es disminuir la energía de activación, facilitando la transformación de reactivos en productos. Observe el gráfico que demuestra una reacción con y sin catalizador: 

Curva azul :sin catalizador

Curva roja :con catalizador

Inhibidor: es una sustancia que retarda la velocidad de la reacción

Veneno: es una sustancia que anula el efecto de un catalizador.

La acción del catalizador es bajar la energía de activación, posibilitando un nuevo camino para la reacción. El abatimiento de la energía de activación es lo que determina el aumento de la velocidad de reacción.

* Catálisis homogénea: Catalizador y reactivos constituyen una sola fase

* Catálisis heterogénea: Catalizador y reactivos constituyen dos o más fases (sistema polifásico o mezcla heterogénea).

Enzima

Enzima es una proteína que actúa como catalizador en reacciones biológicas. Se caracteriza por su acción específica y por su gran actividad catalítica. Presenta una temperatura óptima, generalmente alrededor de 37°C, en la cual se tiene el máximo de actividad catalítica.

Promotor de reacción o activador de catalizador es una sustancia que activa el catalizador, mas aisladamente no tiene acción catalítica en la reacción.

Veneno de catalizador o inhibidor es una sustancia que disminuye y hasta destruye la acción del catalizador, sin tomar parte en la reacción.

Autocatálisis

Autocatálisis – Cuando uno de los productos de la reacción actúa como catalizador. Al inicio, la reacción es lenta y a medida que el catalizador (producto) se va formando, su velocidad va aumentando.