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- ¿Qué factores afectan la velocidad de las reacciones químicas?
La cinética es el estudio de la velocidad de una reacción química. Algunas reacciones químicas son rápidas; otras son lentas. A veces los químicos quieren acelerar los lentos y reducir los lentos.
Hay varios factores que afectan la velocidad de una reacción:
- Naturaleza de los reactivos
- Tamaño de partícula de los reactantes
- Concentración de los reactivos
- Presión de los reactivos gaseosos
- Temperatura
- Catalizadores
Si desea producir la mayor cantidad posible de un producto lo más rápido posible en una reacción química, debe tener en cuenta la cinética de la reacción.
TEMARIO
Naturaleza de los reactivos químicos
Para que ocurra una reacción, debe haber una colisión entre los reactivos en el sitio reactivo de la molécula. Cuanto más grandes y complejas sean las moléculas reactivas, menor será la probabilidad de que se produzca una colisión en el sitio reactivo.
A veces, en moléculas muy complejas, el sitio reactivo está totalmente bloqueado por otras partes de la molécula, por lo que no se produce ninguna reacción. Puede haber muchas colisiones, pero sólo las que ocurren en el sitio reactivo tienen alguna posibilidad de provocar una reacción química.
En general, la velocidad de reacción es más lenta cuando los reactivos son moléculas grandes y complejas.
Tamaño de partícula de los reactivos químicos
La reacción depende de las colisiones. Cuanto mayor sea la superficie en la que puedan producirse colisiones, más rápida será la reacción. Puedes sostener un fósforo encendido a un gran trozo de carbón y no pasará nada. Pero si tomas ese mismo trozo de carbón, lo mueles muy, muy fino, lo lanzas al aire y haces un fósforo, obtendrás una explosión debido al aumento de la superficie del carbón.
Concentración de reactivos químicos
El aumento del número de colisiones acelera la velocidad de reacción. Cuantas más moléculas reactivas colisionen, más rápida será la reacción. Por ejemplo, una tablilla de madera arde bien en el aire (20 por ciento de oxígeno), pero se quema mucho más rápido en oxígeno puro.
En la mayoría de los casos simples, el aumento de la concentración de los reactivos aumenta la velocidad de la reacción. Sin embargo, si la reacción es compleja y tiene un mecanismo complejo (serie de pasos en la reacción), puede que no sea el caso. Determinar el efecto de concentración en la tasa de reacción puede dar pistas sobre qué reactante está involucrado en el paso determinante de la tasa del mecanismo.
Puede hacer esto ejecutando la reacción a varias concentraciones diferentes y observando el efecto sobre la velocidad de reacción. Si, por ejemplo, cambiar la concentración de un reactivo no tiene ningún efecto en la tasa de reacción, entonces usted sabe que el reactivo no está involucrado en el paso más lento (el paso determinante de la tasa) en el mecanismo.
Presión de los reactivos gaseosos
La presión de los reactivos gaseosos tiene básicamente el mismo efecto que la concentración. Cuanto mayor sea la presión del reactivo, más rápida será la velocidad de reacción. Esto se debe al aumento del número de colisiones. Pero si hay un mecanismo complejo involucrado, cambiar la presión puede no tener el resultado esperado.
Cómo afecta la temperatura a la velocidad de reacción química
El aumento de la temperatura hace que las moléculas se muevan más rápido, por lo que hay una mayor probabilidad de que choquen entre sí y reaccionen. Pero el aumento de la temperatura también aumenta la energía cinética media de las moléculas.
La siguiente figura muestra un ejemplo de cómo el aumento de la temperatura afecta a la energía cinética de los reactantes y aumenta la velocidad de reacción.
El efecto de la temperatura en la energía cinética de los reactivos.
A una temperatura dada, no todas las moléculas se mueven con la misma energía cinética. Un pequeño número de moléculas se mueven muy lentamente (baja energía cinética), mientras que unas pocas se mueven muy rápido (alta energía cinética). La gran mayoría de las moléculas se encuentran en algún lugar entre estos dos extremos.
De hecho, la temperatura es una medida de la energía cinética media de las moléculas. Como se puede ver en la figura, el aumento de la temperatura aumenta la energía cinética media de los reactantes, esencialmente desplazando la curva a la derecha hacia energías cinéticas más altas.
Pero también hay que tener en cuenta la cantidad mínima de energía cinética que necesitan los reactivos para proporcionar la energía de activación (la energía necesaria para poner en marcha una reacción) durante la colisión. Los reactivos tienen que colisionar en el sitio reactivo, pero también tienen que transferir suficiente energía para romper los enlaces de modo que se puedan formar nuevos enlaces. Si los reactivos no tienen suficiente energía, no se producirá una reacción aunque los reactivos colisionen en el sitio reactivo.
Note que a la temperatura más baja, muy pocas de las moléculas reactivas tienen la cantidad mínima de energía cinética necesaria para proporcionar la energía de activación. A mayor temperatura, muchas más moléculas poseen la cantidad mínima de energía cinética necesaria, lo que significa que muchas más colisiones serán lo suficientemente energéticas como para provocar una reacción.
El aumento de la temperatura no sólo aumenta el número de colisiones, sino que también aumenta el número de colisiones que son efectivas, es decir, que transfieren suficiente energía para provocar una reacción.
Cómo los catalizadores aumentan la velocidad de reacción química
Los catalizadores son sustancias que aumentan la velocidad de reacción sin que ellas mismas se modifiquen al final de la reacción. Aumentan la velocidad de reacción disminuyendo la energía de activación de la reacción.
En la figura anterior, si se desplaza hacia la izquierda esa línea punteada que representa la cantidad mínima de energía cinética necesaria para proporcionar la energía de activación, entonces muchas más moléculas tendrán la energía mínima necesaria, y la reacción será más rápida.
Los catalizadores reducen la energía de activación de una reacción de una de dos maneras:
- Proporcionar una superficie y orientación
- Proporcionar un mecanismo alternativo (serie de pasos para que la reacción pase) con una energía de activación más baja.