1.1. El término velocidad o rapidez no es nuevo y lo usamos a menudo. Podemos decir fácilmente si un proceso o evento es lento o rápido; si un objeto se mueve rápido o se mueve lento. Pero si queremos ser más precisos debemos determinar cuantitativamente cuan rápido ocurre el proceso o que tan rápido se mueve un objeto. Para esto medimos el tiempo que toma el proceso en ocurrir; o medimos la distancia que recorre un objeto en determinado tiempo. Matemáticamente esta relación se expresa como, velocidad = distancia/tiempo.
1.2. Expresión de la velocidad en una reacción:
1.3. En una reacción los reactivos se consumen para formar nuevas sustancias (los productos). De aquí deducimos que a medida que la reacción procede hay una disminución en la cantidad de los reactivos. Por otro lado a medida que la reacción procede hay un aumento en la cantidad de los productos. Concluimos entonces que cuando el tiempo de la reacción va transcurriendo los reactivos. disminuyen y los productos aumentan. En base a estos hechos definimos la velocidad de una reacción como el cambio en las cantidades de los reactivos o de los productos en un intervalo de tiempo. Matemáticamente, velocidad de reacción = cambio en cantidad de sustancia intervalo de tiempo.
1.4. Las colisiones entre las especies químicas:
1.5. Cuando queremos que ocurra una reacción química lo que hacemos es poner en contacto a las sustancias o a las especies que van a reaccionar, las ponemos juntas. Como cuando ponemos en contacto un fósforo con la superficie de la cajeta la cual contiene la otra sustancia reaccionante y entonces se enciende y ocurre la combustión. Es lógico pensar que las especies químicas reaccionantes, átomos, moléculas e iones choquen entre si y existan suficientes colisiones para formar los productos. La manera de visualizar las colisiones entre las especies en una reacción química es lo que se conoce como la teoría o el modelo de las colisiones en una reacción. La teoría de las colisiones establece dos condiciones para que la reacción ocurra: 1) Las especies deben colisionar con suficiente energía. 2) Las colisiones deben ocurrir con la orientación apropiada.
1.6. Energía de activación:
1.7. La energía mínima necesaria para producir una colisión efectiva es lo que se conoce como energía de activación.
2. Los factores que influyen en la velocidad
2.1. La reacción entre el oxigeno y el hidrógeno para formar agua es espontánea y podemos corroborarlo si calculamos el cambio en la energía libre de Gibbs AG°. Efectivamente el AG° = - 237,2 kJ. Cuando el AG es negativo la reacción es espontánea y en este caso significa que la reacción procede a una temperatura de 25°C. ¿Podemos decir entonces que la reacción es rápida por el hecho de ser espontánea? Si mezclamos el oxígeno y el hidrógeno en un envase cerrado nada pasará entre ellos hasta que añadimos energía como una chispa eléctrica y entonces la reacción ocurre casi inmediatamente. De la misma forma la gasolina es un combustible que reacciona en presencia de oxígeno, ese combustible en el carro no reacciona hasta que arrancamos el carro y así damos la energía necesaria para que inicie la reacción(energía de activación). En esta reacción 4G es negativo también. Por otro lado el AG de la corrosión del hierro también es negativo pero la reacción es lenta. Concluimos entonces que el hecho de que la reacción sea espontánea no indica absolutamente nada sobre la velocidad de la reacción. Veamos entonces cuáles son los factores que determinan la velocidad. a La clase de reactivos: la velocidad dependerá de la estructura. La concentración: mayor concentración, mayor velocidad. La temperatura: mayor temperatura, mayor velocidad. La presión: mayor presión, mayor velocidad para reacciones con gases. n a Los catalizadores: aumentan la velocidad sin consumirse en la reacción. ASTRUS El área de contacto: mayor área de contacto, mayor es la velocidad.
2.2. La clase de reactivos:
2.3. La clase de reactivos está determinada por sus propiedades químicas o sea su reactividad, la cual dependerá de la estructura atómica, de la estructura molecular y de la fuerza de los enlaces.
2.4. Concentración:
2.5. Si aumentamos la cantidad de las especies que participan en la reacción hay más probabilidad de que el número de colisiones aumente y si el número de colisiones aumenta habrán mas colisiones efectivas y la velocidad de la reacción se incrementará.
2.6. La temperatura:
2.7. La temperatura (T) es el promedio de la energía cinética así que un gran porcentaje de las especies(cima) tendrán la misma energía cinética (Ta o Tb) pero algunas especies estarán por debajo y otras por arriba de ese promedio. Observa que solo las especies con mayor energía cinética alcanzan la energía de activación para que ocurra la reacción a una temperatura o a la otra.
2.8. La presión:
2.9. Para un sistema gaseoso aumentar la presión parcial de los gases causa un aumento de la velocidad de la reacción. La presión puede cambiarse de dos formas: I) cambiando el volumen del sistema 2) cambiando el número de partículas gaseosas Cuando queremos aumentar la presión podemos disminuir el volumen; al hacerlo hay menor espacio entre las partículas lo que se traduce en una mayor cantidad de choques ya que habrá el mismo número de especies en un espacio o volumen más pequeño.
3. Ecuación cinética
3.1. Si queremos saber como cambia la velocidad de la reacción con respecto a los cambios de concentración de los reactivos a una temperatura específica debemos determinar la ecuación cinética (o ecuación de velocidad) y esto se hace experimentalmente. La ecuación de velocidad es la expresión matemática de la dependencia de la velocidad con respecto a la concentración. Recuerda que un aumento en la concentración aumenta las colisiones efectivas pero la forma como cambia la velocidad es diferente para cada reacción.
3.2. Orden de reacción:
3.3. Los exponentes que aparecen en la ecuación cinética se conocen como órdenes de reacción con respecto a cada reactivo y se determinan experimentalmente.
3.4. La constante de velocidad:
3.5. La constante de velocidad es la constante de proporcionalidad específica para cada reacción y depende de la temperatura. Para calcularla solo se pueden cambiar las concentraciones. Las unidades dependen del orden de la reacción.
4. De reactivos a productos
4.1. Mecanismo de reacción:
4.2. La serie de pasos propuestos que describen como se pasa de los reactivos a los productos se conoce como mecanismo de reacción. Definitivamente que entre más pasos y más choques más difícil será el proceso a través del cual se forma el producto para lo cual se necesitará una mayor energía de activación.
