Documento del Tema Cinética Química

1. UNIVERSIDAD DE CIENCIAS APLICADAS Y AMBIENTALES U.D.C.A
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
PROGRAMA DE CIENCIAS BASICAS SOCIALES Y HUMANAS
CIENCIAS BIOLÓGICAS I
Ligia Marlene Forero Rey – Docente
CINETICA QUIMICA
La Cinética química estudia la velocidad de las reacciones químicas y los
mecanismos por los cuales se producen, es decir determina si una reacción
dada se produce en determinado tiempo, por ejemplo la reacción entre un
ácido fuerte y una base fuerte tiene lugar a gran velocidad.
2 HCl + Mg(OH)2 → MgCl2 + H2O
Determinar porqué ocurre una reacción química es uno de los objetivos de la
termodinámica y los conceptos de energía y entropía son fundamentales para
ello, explicar cómo ocurre es el objetivo principal de la cinética y su
comprensión requiere entender la rapidez de una reacción, establecer las
razones que hacen que la reacción sea rápida o lenta, así como los factores
que pueden incidir en la rapidez de la reacción, establecer si son factores
internos como los inherentes a los reactivos y los productos o externos como
las condiciones termodinámicas de temperatura, presión, etc.
Uno de los temas centrales de la Cinética es la determinación de las leyes de
las reacciones, que son expresiones matemáticas simples que indican la
rapidez con que cierta reacción química se llevará a cabo, a través de ellas
podremos deducir algunas expresiones simples que facilitan predecir cantidad
de reactivos, productos y condiciones que favorecen o no, la rapidez de la
reacción.
Cuando hablamos de rapidez, es importante indicar que no podemos medirla
como acostumbramos en distancia (kilómetros, metros) por unidad de tiempo
segundos, minutos, horas), es necesario pensar en cantidades de reactivos o
productos que se transforman (medidos en moles), en una unidad de tempo
que deben ser minutos o segundos.
La rapidez o velocidad de una reacción química es equivalente al aumento de
concentración de un producto (moles) o a la disminución de la concentración
de un reactivo (moles) por unidad de tiempo (minutos, segundos), como se
observa en la figura 1, matemáticamente se expresa de la siguiente manera:
Cambio en la cantidad de reactivo o producto ∆ (Cantidad)
Rapidez =________________________________________ = _________
Cambio en el tiempo ∆ (tiempo)
Donde la letra griega ∆ significa “cambio” y si las cantidades se expresan en
moles y el tiempo en segundos, la rapidez tendrá la unidad moles/ segundo,
(mol/s).

2. Figura 1 Gráfico de la velocidad de una reacción química.
La rapidez o velocidad de una reacción se relaciona con las cantidades iniciales
de uno o de todos los reactantes; experimentalmente, se ha encontrado, que
la velocidad inicial es proporcional a la concentración de algunos o todos los
reactantes elevada a algún exponente, por ejemplo en la siguiente reacción
aA + bB cC + dD
la velocidad o rapidez de la reacción es: v ∞ [A]α.[B]β para transformar esta
proporcionalidad en igualdad, se introduce una constante de proporcionalidad
denominada K, entonces:
Velocidad= K [A]α.[B]β
K es la constante de velocidad de la reacción y es independiente de las
concentraciones exactas del reactante o reactantes (A y B), pero que
normalmente depende de otros factores como la temperatura; α y β son
exponentes calculados de forma experimental y reciben el nombre de
ordenes, así α recibe el nombre de orden con respecto al reactante A y β
recibe el nombre de orden con respecto al reactante B y así sucesivamente si
existen otros reactantes, normalmente los ordenes son números enteros
pequeños y positivos pero pueden ser a veces enteros negativos, cero o
incluso fracciones, la suma de todos los órdenes de la expresión algebraica es
el orden total de la reacción y la ecuación completa recibe el nombre de Ley
de la Velocidad de una reacción y se deben determinar experimentalmente.
Ordenes de las reacciones
1- Reacción de primer orden: En la reacción A → P la cinética se rige
por una ley de velocidad de una reacción de orden 1, ya que:
d[A]/dt = K [A]1 o sea V= K[A]

3. Figura 2. Grafica de la velocidad de reacción de orden uno
2- Reacción de segundo orden: En la reacción A + B → P la cinética se
rige por una ley de velocidad de una reacción de orden 2, ya que:
d[A].[B]/dt = K [A]1.[B]1 o sea V= K[R]2
Figura 3. Grafica de la velocidad de reacción de orden dos
3- Reacción de orden cero: En la reacción A → P la cinética se rige por
una ley de velocidad de una reacción de orden 0, ya que:
d[A]./dt = K [A]0 o sea V= K[A]0 es decir V= K
Figura 4. Grafica de la velocidad de reacción de orden cero

4. TEORÍAS DE LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN
A continuación veremos dos de las teorías que tratan de explicar como ocurre
una reacción, estas son: la teoría de las colisiones o de los choques basada en
la teoría cinética de la materia y la teoría del estado de transición basada en la
formación del complejo de transición..
1) Teoría de las colisiones: Esta teoría establece que para que una reacción
pueda producirse entre átomos, iones o moléculas es necesario que éstos
experimenten primero colisiones o choques, a mayor concentración de
especies se producen más colisiones.
No todas las colisiones son efectivas, es decir no todas dan como resultado una
reacción, para que una colisión sea eficaz se requieren dos condiciones
1-Que las moléculas tengan suficiente energía cinética para que en el choque
puedan romperse los enlaces químicos, estas moléculas se denominan
moléculas activadas y la energía mínima que se requiere para que esto
suceda se denomina energía de activación.
2- Que la orientación del choque sea adecuada hace que las especies tengan
orientaciones adecuadas entre sí, es decir que el choque sea entre moléculas
activadas o de partículas o moléculas nuevas generadas al romperse los
enlaces químicos.
2) Teoría del estado de transición: Establecida por Eyring en 1935, se
considera una modificación de la teoría de las colisiones, ya que propone que
la reacción se realiza a través de la formación de un complejo de activación o
complejo de transición, el cual es una agregación de partículas formadas
cuando los enlaces de los reactantes se han roto produciéndose nuevos enlaces
entre los diferentes fragmentos o partículas, estableciéndose una energía
acumulada de tipo potencial muy inestable que rápidamente da origen a los
productos de la reacción. Por lo tanto, los reactivos atraviesan un estado
intermedio de alta energía y de corta duración llamado Estado de transición
antes de formar productos, en las que se rompen los enlaces como se indica en
el siguiente ejemplo:
A + B2 → AB + B
A + B-B → [ABB] (Estado de transición)
[ABB] → AB + B
El complejo activado o de transición tiene en cuenta las condiciones antes
mencionadas en la Teoría de las Colisiones, como son la energía de activación,
como la energía necesaria para alcanzar el complejo de transición y la
orientación necesaria para formar el agregado o complejo de activación o
transición. La formación del complejo de transición supone la necesidad de
superar una barrera energética cuya altura es la energía de activación, Ea para
que la reacción pueda producirse. Es evidente que si la Ea es pequeña es
porque hay más moléculas con mayor energía cinética, facilitando los choques
y aumentando la velocidad de reacción, por el contrario si Ea es grande, pocas
moléculas tendrán energía cinética y por lo tanto no serán eficaces todos los
choques y la velocidad de reacción será menor. Se supone que aunque la
reacción sea exotérmica se requiere suministrar energía calorífica para iniciar

5. la reacción la diferencia con la reacción endotérmica es que hay que
suministrar energía constantemente durante toda la reacción.
Figura 5. Grafica de la energía de una reacción
La energía de activación Ea, es la energía necesaria que deben absorber los
reactantes para generar los productos.
Factores que afectan la velocidad de la reacción
La velocidad de reacción depende de varios factores, entre los cuales están
como lo hemos analizado anteriormente, la concentración de los reactantes,
pero hay otros factores que influyen como son la naturaleza de los reactantes
la temperatura y la presencia de catalizadores.
a) Concentración de los reactantes: Cuanto mayor sea la concentración de
cada reactante que se utilice en una reacción, mayor será la velocidad con
que se formen el o los productos. Esto porque a mayor concentración habrá
más opciones de choque entre las moléculas, por lo tanto, más velocidad de
reacción.
b) La naturaleza de los reactantes involucrados en la reacción también
determina la velocidad de esta, por ejemplo, la velocidad de oxidación del
hierro es distinta a la de la plata. Adicionalmente, el estado físico de los
reactantes también es importante, ya que si estos son gaseosos o están en
alguna disolución, la reacción será más rápida que si están en estado
sólido.
c) La temperatura: La rapidez de la reacción también depende de la
temperatura ya que conforme aumenta la temperatura aumenta la rapidez
de la reacción, es decir si incrementamos la temperatura a una reacción
química, la obtención del o de los productos se dará en menor tiempo, Esto
porque a mayor temperatura, aumenta la energía de las moléculas,

6. entonces aumenta su velocidad generándose más choques entre ellas, por
lo tanto, aumenta la velocidad de reacción.
d) Los catalizadores: La velocidad de las reacciones químicas se puede
modificar agregando una sustancia llamada catalizador, las cuales tienen la
característica que no se consumen durante la reacción, sino que siguen
presentes cuando esta termina, es decir participan en la reacción pero no
forman parte de los productos.
Un catalizador no puede provocar una reacción que no se pueda realizar por
si misma, su papel es influir en la cinética de la reacción determinada, por
consiguiente los catalizadores son específicos, ya que disminuyen la energía
de activación de dicha reacción, esta acción es lo que denominamos
catálisis. Los catalizadores se cree forman complejos intermedios lábiles
con los reactantes, los cuales se descomponen rápidamente regenerando el
catalizador.
Los catalizadores afectan la energía de activación ya que pueden
aumentarla o disminuirla, si la aumentan se denominan catalizadores
negativos y si la disminuyen se denominan catalizadores positivos como se
indica en la siguiente figura.
Figura 6. Grafica de la acción de los catalizadores sobre la energía de reacción.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
 Atkins y J. De Paula, Atkins Physical Chemistry P.W., 4th Edition, Oxford
University Press (2003).
 Bertrán Rusca, J. y Núñez Delgado, J., Química Física, Ariel Ciencia.2002.
 González Ureña, A., Cinética Química. Editorial Síntesis, S.A., Madrid, 2001.
 J. Rodríguez-Renuncio, Termodinámica Química, Editorial Síntesis (2000)
 Tinoco-Sauer-Wang-Puglisi, Physical Chemistry. Principles and Applications
in Biological Sciences, 4th Edition, Prentice-Hall (2002)