Este documento trata sobre la cinética química. Explica conceptos como la velocidad de reacción, la expresión matemática de la velocidad, las condiciones necesarias para que ocurra una reacción, el complejo activado y la energía de activación. También analiza los principales factores que influyen en la velocidad de reacción como la concentración de reactivos, la temperatura, la presencia de catalizadores y la agitación. Finalmente, distingue entre reacciones exotérmicas y endotérmic

1. 866775-419100CINETICA QUÍMICACINETICA QUÍMICA<br />Héctor Cejudo González<br />Índice<br />Introducción al tema…………………………………pág. 1<br />Velocidad de reacción……………………………….pág.1-2<br />Expresión matemática de la velocidad de reacción…………………………………………………….pág.2-3<br />Condiciones necesarias para que se dé una reacción…………………………………………………….pág.3-4<br />El complejo activado y la energía de activación………………………………………………….pág.4-5<br />Explica porqué una gráfica corresponde a una reacción exotérmica y otra a una endotérmica………………………………………pág.5-6<br />Principales factores que influyen en la velocidad de reacción…………………………………………………..pág.6-7<br />INTRODUCCIÓN<br />La cinética química es el campo de la química que se ocupa de la rapidez o velocidad de las reacciones, así como de los mecanismos de las mismas.<br />Es muy importante resaltar que la cinética química es hoy por hoy un estudio puramente empírico y experimental, pues a pesar de la gran cantidad de conocimientos sobre mecánica cuántica aplicada a la química (química cuántica) que se conocen, siguen siendo insuficientes para predecir ni siquiera por aproximación la velocidad de una reacción química. Por lo que la velocidad de cada reacción se determina experimentalmente.<br />Este campo estudia la velocidad de reacción de los procesos químicos en función de la concentración de las especies que reaccionan, de los productos de reacción, de los catalizadores e inhibidores, de los diferentes medios disolventes, de la temperatura, y de todas las demás variables que pueden afectar a la velocidad de una reacción.<br />Cuando algunas sustancias reaccionan lo hacen en forma lenta, por ejemplo el hierro en presencia de aire; otras reaccionan rápidamente, como por ejemplo el sodio también en presencia de aire; y hay sustancias como el papel en presencia de aire que no reaccionarían jamás sin el auxilio del fuego, pero una vez comenzada la reacción ésta se desarrolla rápidamente.<br />Entonces, tanto para que una reacción ocurra, como para modificar su velocidad, se deberán tener en cuenta varios factores.<br />VELOCIDAD DE REACCIÓN<br />Se define como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo. La velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre las moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor. A medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de choque y con ella la velocidad de la reacción. <br />Para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, o bien la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo.<br />La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en (mol/l)/s.<br />La velocidad de reacción se expresa de la siguiente forma:<br />Velocidad = moles o gramos de sustancias que reaccionan por litro / tiempo en segundos.<br />Así, existen reacciones en la Naturaleza que se pueden producir de manera instantánea o puede tratarse de un lento proceso. Pero también hay que tener en cuenta los factores que pueden afectar a la velocidad de producción de reacciones químicas.<br />Expresión matemática de la velocidad de reacción <br />La ecuación de velocidad o ley de reacción es una expresión matemática usada en cinética química que relaciona la velocidad de una reacción con la concentración de cada reactante. <br />La velocidad de reacción se define como: r = k [A]a [B]b donde “k” es el coeficiente cinético de reacción o constante de velocidad, y \"
r\"
denota la velocidad de reacción.<br />“a” se llama orden de la reacción para el reactivo A. <br />“b” se llama orden de la reacción para el reactivo B.<br />a + b es el orden total de la reacción.<br />La velocidad de las reacciones químicas abarca escalas de tiempo muy amplias. Por ejemplo, una explosión puede ocurrir en menos de un segundo; la cocción de un alimento puede tardar minutos u horas; la corrosión puede tomar años y la formación de petróleo puede tardar millones de años.<br /> Condiciones necesarias para que se dé una reacción <br />Como sabemos existen infinidad de reacciones químicas y por consiguiente cada tipo de reacción necesitara sus propios parámetros:<br />Los factores que hay que tener en cuenta a la hora de llevar a cabo o desarrollar una reacción química son: <br />– Condiciones de presión, temperatura, y composición necesarias para que los materiales entren en estado de reacción.<br /> – Las características termodinámicas y cinéticas de la reacción. (energía)<br />– Las fases (sólido, líquido, gaseoso) que se encuentran presentes en la reacción <br />Formas de cambios químicos:<br /> – Descomposición, consiste en que una molécula se divide en moléculas más pequeñas, átomos o radicales.<br /> – Combinación, ésta se realiza cuando una molécula o átomo se une con otra especie para formar un compuesto nuevo. <br />– Isomerización, en este caso la molécula no efectúa ninguna descomposición externa o adición a otra, es simplemente un cambio de configuración estructural interna. <br />La quimioluminiscencia es provocada por una reacción química; ocurre, por ejemplo, cuando el fósforo amarillo se oxida en el aire produciendo una luminiscencia verde.<br />El complejo activado y la energía de activación<br />El químico sueco Svante Arrhenius sugirió que las moléculas deben poseer una cantidad mínima de energía para reaccionar. Esa energía proviene de la energía cinética de las moléculas que colisionan. La energía cinética sirve para originar las reacciones, pero si las moléculas se mueven muy lento, las moléculas solo rebotarán al chocar con otras moléculas y la reacción no sucede. <br />Según esta teoría, cuando los reactantes se aproximan se produce la formación de un estado intermedio de alta energía, alta inestabilidad y por tanto de corta duración, que se denomina complejo activado. La energía que necesitan los reactantes para alcanzar este complejo se llama energía de activación (Ea). Cuanto mayor sea la energía de activación, en general, menor será la velocidad de la reacción.<br />La magnitud de la energía de activación de una reacción química determina la velocidad de ésta; si la energía de activación es muy alta, la reacción ocurre en un largo periodo de tiempo; si esta energía es baja, los reactantes pueden adquirirla fácilmente acelerando la reacción. <br />De acuerdo al cambio neto de energía, es decir, a la diferencia entre la energía de los productos y de los reactantes, las reacciones se clasifican en endergónicas, si se requiere energía y exergónicas, si se libera. Cuando la energía se manifiesta como calor, las reacciones se denominarán endotérmicas y exotérmicas respectivamente. <br />Explica por qué una gráfica corresponde a una reacción exotérmica y otra a una endotérmica<br />En la figura 1 se muestra el diagrama de energía para una reacción exotérmica cualquiera: <br />En este diagrama se observa que la energía de los reactivos es mayor que la energía de los productos. Entre ellos existe un máximo de energía que corresponde a la formación del complejo activado, que luego de liberar parte de la energía de activación decae a producto. <br />En la figura 2 se muestra el diagrama de energía para una reacción endotérmica cualquiera: <br />En el diagrama observamos que la energía para los reactivos es menor que la energía de los productos, y por lo tanto nuestro sistema absorbe energía. El complejo activado es el estado intermedio entre reactantes y productos, en un máximo de energía.<br /> FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCION<br />Todos los factores que provoquen un aumento del nº de choques y de su eficacia, favorecerán la velocidad de reacción, entre ellos destacamos:<br />NATURALEZA DE LOS REACTIVOS<br />Las reacciones que requieran la ruptura de enlaces en los reactivos (moléculas intactas), serán más lentas que aquellas en las que los reactivos estén parcialmente disgregados (disoluciones, reacciones entre iones...).<br />CONCENTRACION DE LOS REACTIVOS<br />El aumento en la concentración supone un incremento del nº de choque y, por tanto, un aumento de los choques efectivos; es decir: a mayor concentración de los reactivos, mayor velocidad de reacción<br />TEMPERATURA<br />La velocidad de cualquier reacción aumenta con la temperatura.<br />Por una parte el aumento de temperatura supone aumentar la velocidad de las moléculas, y por tanto el nº y eficacia de los choques.<br />Por otra, el aumento de temperatura provoca un aumento de la energía de las moléculas, es decir, el nº de moléculas activadas.<br />GRADO DE DIVISION DE LOS REACTIVOS<br />Cuanto más divididos estén los reactivos, mayor será la probabilidad de contactos entre ellos, por lo que aumentará la velocidad de la reacción.<br />PRESENCIA DE CATALIZADORES<br />Un Catalizador es una sustancia que modifica la velocidad de una reacción sin entrar a formar parte de ella. Este fenómeno se denomina “catálisis”.<br />Desde el punto de vista energético la acción de los catalizadores es modificar la energía de activación de una reacción. Un catalizador modifica la velocidad de reacción, pero no es capaz de provocar una reacción que por sí sola no llegara a producirse. <br />Hay dos tipos de catalizadores:<br />Catalizadores positivos: Disminuyen la energía de activación, provocan aumento de la velocidad de reacción.<br />Catalizadores negativos o inhibidores: Aumentan la energía de activación, provocan descenso de la velocidad de reacción.<br />Todos los catalizadores son específicos, cada reacción tiene su propio catalizador, y bastan pequeñísimas cantidades de él para activar a grandes masas de reactivos.<br />LUZ<br />Hay reacciones que en la oscuridad son muy lentas, como por ejemplo, la combinación del hidrógeno con el cloro. La luz solar acelera la reacción de modo tal, que a la luz solar directa, la reacción se hace explosiva.<br />AGITACIÓN<br />Lo que se logra agitando las sustancias reaccionantes, es mezclar íntimamente los reactivos aumentando la superficie de contacto entre ellos.<br />