Reactividad 2. Cantidad, velocidad y alcance. 2.2. La velocidad del cambio químico.

 ¿Cómo se puede controlar la velocidad de una reacción? 9 h

PRÁCTICAS: Factores que afectan a la velocidad de reacción; reacción reloj de azufre

La cinética es la rama de la química que estudia la velocidad a que suceden las reacciones químicas y la manera en que lo hacen. Su estudio permite:

• determinar la rapidez con que ocurre una reacción
• determinar las mejores condiciones para que suceda
• proponer un mecanismo de reacción

La cinética es una parte de la química eminentemente experimental, en la que hay pocas certezas y generalidades que se puedan trasladar entre diferentes reacciones o sistemas.

Sea una reacción genérica:

a A + b B -----> p P + q Q

Se define velocidad de reacción, v, como el ritmo de desaparición de los reactivos o de aparición de los productos:

Medir la variación de la concentración de una sustancia no es inmediato; hay muchas técnicas que, en función del tipo de reacción, se pueden usar:

• medir la variación de masa de la mezcla de reacción, si se desprende algún gas
• medir la absorción de luz de la mezcla, si se produce o se descompone una sustancia coloreada
• medir el volumen de gas desprendido
• medir el pH, si se produce o se descompone alguna sustancia con carácter ácido-base
• medir la conductividad, si se producen o consumen iones
• medir la turbidez, si se produce un sólido

Estas medidas se transforman de algún modo a concentración y se grafican frente al tiempo, obteniéndose la velocidad a partir de la tangente a la curva en cada punto:

La teoría de las colisiones establece que para que ocurra una reacción, los reactivos deben colisionar entre sí con una energía suficiente (energía de activación) y una orientación adecuada. La velocidad de reacción entonces dependerá de la frecuencia de las colisiones eficaces (número de colisiones eficaces por unidad de tiempo)

La velocidad de reacción depende de los siguientes factores:

• Concentración/presión: cuanto mayor sea, mayor será la velocidad, debido a que hay más oportunidades para que se de la reacción.

• Temperatura: experimentalmente se constata que todas las reacciones van más rápido a mayor temperatura; frecuentemente, un aumento de 10 ºC supone la duplicación de la velocidad de reacción, pero esta regla falla en muchas ocasiones.

• Grado de división: cuanto mayor sea la superficie de contacto entre los reactivos, mayor será la velocidad de reacción; esto es muy importante cuando hay implicados sólidos y/o líquidos.

• Los catalizadores son sustancias que, añadidas a una reacción, aumentan, sin consumirse, su velocidad proporcionando un nuevo mecanismo de reacción que tiene una menor energía de activación (ver 16.2).

La energía de activación es la cantidad mínima de energía cinética que deben tener las partículas en colisión para que ésta sea efectiva. Una mayor temperatura aumenta la fracción de partículas que superan esa energía y consiguientemente el número de colisiones por unidad de tiempo y por ende, la velocidad de la reacción.

Pincha en la imagen para ir a un simulador de la distribución de Maxwell-Boltzmann.

Los catalizadores aumentan la velocidad de reacción abriendo un mecanismo alternativo con menor energía de activación, lo que hace que una fracción mayor de moléculas pueda superarla y por lo tanto, aumente la frecuencia de colisiones efectivas.

Endotérmica sin y con catalizador

Exotérmica sin y con catalizador

Existen catalizadores homogéneos y heterogéneos, dependiendo de si el catalizador está en la misma fase o distinta que los reactivos. Los catalizadores biológicos son homogéneos y se denominan enzimas.