martes, 12 de abril de 2022

4. Factores que afectan la velocidad de la reacción | ⏩ Cinética química | Joseleg

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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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