¿Qué es la cinética química?
La experiencia nos indica que existen reacciones químicas que transcurren a velocidades muy diferentes. Por ejemplo, la combustión de los hidrocarburos en el cilindro de un automóvil o las reacciones responsables de la transmisión de los impulsos nerviosos son muy rápidas. En cambio, la reacción de oxidación de los materiales que contienen hierro o de los implicados en el proceso de erosión del suelo resulta muy lenta.
Desde el punto de vista químico, existe un gran interés en controlar, y, si es posible, predecir la velocidad de las reacciones químicas. Por ejemplo, es conveniente que las reacciones responsables de la descomposición de los alimentos sean lo más lentas posible, sin embargo, interesa acelerar la velocidad de las reacciones que tienen lugar en los procesos industriales para que su explotación comercial sea viable.
La velocidad de una reacción química es la relación que existe entre la variación de las concentraciones de las sustancias que intervienen en esa reacción, y el tiempo que ésta tarda en producirse. Constituye el objetivo de estudio de la cinética química.
Por ejemplo, si hacemos reaccionar bromo molecular, Br2 (que en solución acuosa presenta un color rojo oscuro) y ácido fórmico, observaremos que, a medida que la reacción progresa, el calor de la solución se debilita debido a que la concentración de bromo disminuye.
Factores cinéticos
¿Cuáles son los factores principales que modifican la velocidad de una reacción química?
La velocidad de reacción depende de los siguientes factores:
- Características químicas de las sustancias intervinientes: Por ejemplo, la oxidación del hierro en contacto con el aire es muy lenta, pero más rápida que la del plomo. Mientras que el sodio metálico reacciona violentamente con el agua, el calcio lo hace mucho más lentamente.
- Superficie de contacto entre los reactivos: La velocidad es mayor cuanto mayor es el estado de división; así, un fragmento compacto de madera o carbón arde más lentamente que si está pulverizado.
- Concentración de los reactivos: Experimentalmente se comprueba que la velocidad se incrementa cuando lo hacen algunas de las concentraciones de las especies químicas que intervienen.
- Temperatura: Este factor afecta notablemente a la velocidad de reacción; como norma general, un incremento de la temperatura aumenta la velocidad de una reacción.
- Presencia de catalizadores: Los catalizadores son sustancias que incrementan la velocidad de la reacción sin consumir ni modificar los productos de la misma, ni en cantidad ni en calidad.
Ley de la velocidad de reacción
Se define la velocidad ( V ) de una reacción como la cantidad de reactivo que se consume, o la de producto que se forma, por unidad de volumen en la unidad del tiempo. Es decir, que la velocidad de reacción representa la variación de concentración de cualquiera de las sustancias que intervienen en una reacción por unidad de tiempo.
Se ha comprobado que hay reacciones en las cuales la velocidad es directamente proporcional a la concentración de los reactivos, en otras la velocidad de la reacción es directamente proporcional al cuadrado de la concentración de los reactivos, y, finalmente, algunas se caracterizan por una relación de dependencia un poco más compleja.
En general, podemos expresar que:
velocidad = K (reactivos) a
Donde K es un valor experimental, llamado constante de velocidad, que depende de la temperatura, y a es un valor característico de cada reacción química. Esta relación se conoce con el nombre de ley de la velocidad.
La expresión de la ley de la velocidad nos permite conocer la velocidad de una reacción química si se conoce el valor de la constante de velocidad y de las concentraciones de los reactivos. Si dos reacciones tienen la misma ecuación de velocidad, evolucionarán de forma análoga. El orden de la reacción es la letra de los exponentes a los cuales están elevadas las concentraciones en la ley de velocidad.
Por ejemplo, para la reacción:
2N2O5 (g) → 4NO2(g) + O2(g)
La expresión de la ley de la velocidad es:
Velocidad = K(2N2O5)
Y si representamos gráficamente la velocidad en función de la concentración del reactivo, el gráfico nos da una línea recta que cruza el origen; como se muestra en el margen a la derecha.
Por lo tanto decimos que es una reacción de primer orden. Hay reacciones que son de segundo orden con respecto a uno de los reactivos y de primer grado con respecto al otro. en general, la expresión de la velocidad de una reacción en la que intervienen dos reactivos es:
velocidad = K(A)n (B)m.
Preguntas y Respuestas
¿Dónde transcurren la relación química?, ¿Qué contienen la relación de oxidación de los materiales?
La experiencia nos indica que existen reacciones químicas que transcurren a velocidades muy diferentes. Por ejemplo, la combustión de los hidrocarburos en el cilindro de un automóvil o las reacciones responsables de la transmisión de los impulsos nerviosos son muy rápidas. En cambio, la reacción de oxidación de los materiales que contienen hierro o de los implicados en el proceso de erosión del suelo resulta muy lenta.
¿Qué es la velocidad de una reacción química?
La velocidad de una reacción química es la relación que existe entre la variación de las concentraciones de las sustancias que intervienen en esa reacción, y el tiempo que ésta tarda en producirse. Constituye el objetivo de estudio de la cinética química.
¿Cuáles son los factores principales que modifican la velocidad de una reacción química?
La velocidad de reacción depende de los siguientes factores:
- Características químicas de las sustancias intervinientes: Por ejemplo, la oxidación del hierro en contacto con el aire es muy lenta, pero más rápida que la del plomo. Mientras que el sodio metálico reacciona violentamente con el agua, el calcio lo hace mucho más lentamente.
- Superficie de contacto entre los reactivos: La velocidad es mayor cuanto mayor es el estado de división; así, un fragmento compacto de madera o carbón arde más lentamente que si está pulverizado.
- Concentración de los reactivos: Experimentalmente se comprueba que la velocidad se incrementa cuando lo hacen algunas de las concentraciones de las especies químicas que intervienen.
- Temperatura: Este factor afecta notablemente a la velocidad de reacción; como norma general, un incremento de la temperatura aumenta la velocidad de una reacción.
- Presencia de catalizadores: Los catalizadores son sustancias que incrementan la velocidad de la reacción sin consumir ni modificar los productos de la misma, ni en cantidad ni en calidad.
¿Cómo se define la velocidad de una reacción?, ¿Qué representa la velocidad de reacción?
Se define la velocidad ( V ) de una reacción como la cantidad de reactivo que se consume, o la de producto que se forma, por unidad de volumen en la unidad del tiempo. Es decir, que la velocidad de reacción representa la variación de concentración de cualquiera de las sustancias que intervienen en una reacción por unidad de tiempo.
¿Qué nos permite la expresión de la ley de la velocidad?, ¿Cómo es representada la ley de velocidad?
Se ha comprobado que hay reacciones en las cuales la velocidad es directamente proporcional a la concentración de los reactivos, en otras la velocidad de la reacción es directamente proporcional al cuadrado de la concentración de los reactivos, y, finalmente, algunas se caracterizan por una relación de dependencia un poco más compleja.
En general, podemos expresar que:
velocidad = K (reactivos) a
Donde K es un valor experimental, llamado constante de velocidad, que depende de la temperatura, y a es un valor característico de cada reacción química. Esta relación se conoce con el nombre de ley de la velocidad.
La expresión de la ley de la velocidad nos permite conocer la velocidad de una reacción química si se conoce el valor de la constante de velocidad y de las concentraciones de los reactivos. Si dos reacciones tienen la misma ecuación de velocidad, evolucionarán de forma análoga. El orden de la reacción es la letra de los exponentes a los cuales están elevadas las concentraciones en la ley de velocidad.
Por ejemplo, para la reacción:
2N2O5 (g) → 4NO2(g) + O2(g)
La expresión de la ley de la velocidad es:
Velocidad = K(2N2O5)
Y si representamos gráficamente la velocidad en función de la concentración del reactivo, el gráfico nos da una línea recta que cruza el origen; como se muestra en el margen a la derecha.
Por lo tanto decimos que es una reacción de primer orden. Hay reacciones que son de segundo orden con respecto a uno de los reactivos y de primer grado con respecto al otro. en general, la expresión de la velocidad de una reacción en la que intervienen dos reactivos es:
velocidad = K(A)n (B)m.
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