| Ciencias de Joseleg | Química | Química del equillibrio | Cinética química | (Ejercicios) (Introducción) (Generalidades) (Factores que afectan la velocidad de reacción) (Historia) (Velocidad de reacción) (Velocidades de aparición y desaparición) (Relación entre velocidades de aparición, desaparición y reacción) (Ley de velocidad de reacción) (Reacciones de primer orden) (Reacciones de segundo orden) (Reacciones de cero orden) (Vida media) (Energía de activación) (Mecanismo de reacción) (Catalizadores) (Referencias)
Cuatro factores afectan la velocidad a la que ocurre cualquier reacción
particular:
Naturaleza
de los reactivos
La velocidad de reacción varía según las sustancias que reaccionen. Las
reacciones ácido / base, la formación de sales y el intercambio iónico suelen
ser reacciones rápidas. Cuando tiene lugar la formación de enlaces covalentes
entre las moléculas y cuando se forman moléculas grandes, las reacciones
tienden a ser más lentas. La naturaleza y la fuerza de los enlaces en las
moléculas reactivas influyen en gran medida en la velocidad de su
transformación en productos.
Estado de la materia de los reactivos
Los reactivos deben unirse para reaccionar. Cuanto más fácilmente
reaccionan las moléculas reactivas, más rápidamente reaccionan. Las reacciones
pueden clasificarse en general como homogéneas, involucrando todos los gases o
todos los líquidos, o como heterogéneas, en las cuales los reactivos están en
diferentes fases. En condiciones heterogéneas, una reacción está limitada por
el área de contacto de los reactivos. Por lo tanto, las reacciones heterogéneas
que involucran sólidos tienden a proceder más rápidamente si se aumenta el área
superficial del sólido. Por ejemplo, un medicamento en forma de polvo fino se disuelve
en el estómago y entra en la sangre más rápidamente que el mismo medicamento en
forma de tableta.
Área de
la superficie del estado sólido
En un sólido, solo las partículas que se encuentran en la superficie pueden
participar en una reacción. Triturar un sólido en partes más pequeñas significa
que hay más partículas presentes en la superficie y la frecuencia de colisiones
entre estas y las partículas reactivas aumenta, por lo que la reacción ocurre
más rápidamente.
🔎 Por ejemplo, el sorbete (polvo) es una mezcla de un polvo muy
fino de ácido málico (un ácido orgánico débil) e hidrogenocarbonato de sodio.
Al entrar en contacto con la saliva en la boca, estos productos químicos se
disuelven y reaccionan rápidamente, liberando dióxido de carbono y proporcionando
la sensación de efervescencia.
🔎 Los fabricantes de fuegos artificiales modifican el área de
superficie de los reactivos sólidos para controlar la velocidad a la que se
oxidan los combustibles de los fuegos artificiales, y lo utilizan para crear
diversos efectos. Por ejemplo, el aluminio finamente dividido confinado en un
caparazón explota violentamente. Si se utilizan piezas más grandes de aluminio,
la reacción es más lenta y se ven chispas a medida que se expulsan piezas de
metal en llamas.
Concentraciones de reactivos
La mayoría de las reacciones químicas se producen más rápidamente si
aumenta la concentración de uno o más reactivos. Por ejemplo, la lana de acero
se quema solo lentamente en el aire, que contiene 20% de O2, pero estalla
en llamas en oxígeno puro. A medida que aumenta la concentración de reactivo,
aumenta la frecuencia con la que chocan las moléculas de reactivo, lo que
aumenta las tasas de reacción.
Temperatura de reacción
Las velocidades de reacción generalmente aumentan a medida que aumenta la
temperatura. Las reacciones bacterianas que estropean la leche, por ejemplo,
proceden más rápidamente a temperatura ambiente que a la temperatura más baja
de un refrigerador. El aumento de la temperatura aumenta las energías cinéticas
de las moléculas. A medida que las moléculas se mueven más rápidamente,
colisionan con más frecuencia y con mayor energía, lo que lleva a una mayor
velocidad de reacción.
La presencia de un catalizador
Un catalizador es una sustancia que altera la velocidad de una reacción
química, pero permanece químicamente sin cambios después. El catalizador
aumenta la velocidad de la reacción al proporcionar un nuevo mecanismo de
reacción para que ocurra con una energía de activación más baja. En la
autocatálisis, un producto de reacción es en sí mismo un catalizador para esa
reacción que conduce a una retroalimentación positiva. Las proteínas que actúan
como catalizadores en reacciones bioquímicas se denominan enzimas. La cinética
de Michaelis-Menten describe la velocidad de las reacciones mediadas por
enzimas. Un catalizador no afecta la posición del equilibrio, ya que el
catalizador acelera las reacciones hacia atrás y hacia adelante por igual. En
ciertas moléculas orgánicas, los sustituyentes específicos pueden influir en la
velocidad de reacción en la participación del grupo vecino.
Presión
El aumento de la presión en una reacción gaseosa aumentará el número de
colisiones entre los reactivos, aumentando la velocidad de reacción. Esto se
debe a que la actividad de un gas es directamente proporcional a la presión
parcial del gas. Esto es similar al efecto de aumentar la concentración de una
solución. Lo cual se puede observar al despejar la presión en términos de la
concentración molar de un gas en la ley de los gases ideales (Procedimiento),
pues a temperatura constante, la presión y la concentración molar son
directamente proporcionales.
Además de este sencillo efecto de acción de masas, los propios coeficientes
de velocidad pueden cambiar debido a la presión. Los coeficientes de velocidad
y los productos de muchas reacciones en fase gaseosa a alta temperatura cambian
si se agrega un gas inerte a la mezcla; las variaciones de este efecto se
denominan caída y activación química. Estos fenómenos se deben a reacciones
exotérmicas o endotérmicas que ocurren más rápido que la transferencia de
calor, lo que hace que las moléculas que reaccionan tengan distribuciones de
energía no térmica (distribución no-Boltzmann). El aumento de la presión
aumenta la tasa de transferencia de calor entre las moléculas que reaccionan y
el resto del sistema, reduciendo este efecto.
Los coeficientes de velocidad de fase condensada también pueden verse
afectados por la presión, aunque se requieren presiones bastante altas para un
efecto medible porque los iones y moléculas no son muy comprimibles. Este
efecto se estudia a menudo utilizando yunques de diamantes.
La cinética de una reacción también se puede estudiar con un enfoque de
salto de presión. Esto implica realizar cambios rápidos de presión y observar
el tiempo de relajación del retorno al equilibrio.
Absorción
de luz
La energía de activación para una reacción química se puede proporcionar
cuando una molécula de reactivo absorbe luz de longitud de onda adecuada y se
promueve a un estado excitado. El estudio de las reacciones iniciadas por la
luz es la fotoquímica, siendo un ejemplo destacado la fotosíntesis.
La interpretación molecular
A nivel molecular, las velocidades de reacción dependen de la frecuencia de
colisiones entre moléculas. Cuanto mayor es la frecuencia de las colisiones,
mayor es la velocidad de reacción. Sin embargo, para que una colisión provoque
una reacción, debe ocurrir con suficiente energía para romper los enlaces y con
una orientación adecuada para que se formen nuevos enlaces en los lugares
adecuados. Consideraremos estos factores a medida que avancemos en este
capítulo.
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