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 | 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)

 

Las reacciones químicas tardan tiempo en ocurrir. Algunas reacciones, como la oxidación del hierro o el cambio de color en las hojas, ocurren de manera lenta desde nuestra perspectiva humana y requieren días, meses o años para completarse. Otros, como la reacción de combustión que genera el empuje de un cohete, suceden mucho más rápidamente.

Las reacciones químicas que rigen el metabolismo de los alimentos, el transporte de nutrientes esenciales y la capacidad de su cuerpo para adaptarse a los cambios de temperatura requieren que ocurran reacciones con la velocidad adecuada. De hecho, las consideraciones sobre la velocidad de las reacciones se encuentran entre los aspectos más importantes del diseño de nuevos procesos químicos. El área de la química relacionada con las velocidades de las reacciones es la cinética química.

Como químicos, debemos preocuparnos por la velocidad con la que ocurren las reacciones químicas, así como por los productos de las reacciones, lo implica invocar una variable del lenguaje de la física, el tiempo t.  En capítulos anteriores solo hemos tenido en cuenta al tiempo relativo es decir como estado inicial y estado final, pero sin tener en cuenta cuanto tiempo ocurre entre esos dos estados, pero en cinética química, ese período de tiempo se hace importante, por lo que debemos tener en cuenta al tiempo como una cantidad física continua que debe ser modelada matemáticamente por medio del cálculo de derivadas e integrales.

¿Cómo puede un experimento confirmar que una reacción está ocurriendo de una manera particular? ¿Cuál es el mecanismo de la reacción? ¿Qué intermedios están ocurriendo y en qué orden tienen lugar los pasos de creación y ruptura de bonos?

Hay muchos experimentos diseñados para ilustrar cómo ocurren las reacciones. Uno de los métodos utilizados es la cinética química, en la que se mide la velocidad de una reacción. Al hacer cambios en las condiciones de reacción y medir el efecto de los cambios en la velocidad de reacción, podemos inferir lo que está sucediendo a nivel molecular. La cinética química es la medida de la rapidez con que ocurren las reacciones.

Si los cambios en las condiciones afectan la velocidad de reacción, podemos aprender algo sobre cómo ocurre la reacción. Los estudios cinéticos son importantes para comprender las reacciones, y también tienen implicaciones prácticas. Por ejemplo, en la industria, las reacciones se llevan a cabo en reactores en los que los compuestos se mezclan, posiblemente se calientan y se agitan durante un tiempo, y luego se mueven a la siguiente fase del proceso. Es importante saber cuánto tiempo dura la reacción en una etapa antes de continuar, para asegurarse de que la reacción haya terminado antes de comenzar la siguiente.

Al comprender cómo se produce una reacción, se pueden mejorar muchos procesos. Por ejemplo, si se sabe que un intermedio particular está involucrado en una reacción, se puede evitar el uso de condiciones (como ciertos solventes) que sean incompatibles con ese intermedio. Además, se podrían agregar reactivos que harían que ciertos pasos en la reacción sucedan más fácilmente. Los estudios cinéticos no solo son importantes en la industria, sino que también se utilizan para comprender los procesos biológicos, especialmente las reacciones catalizadas por enzimas.

También juegan un papel en la química ambiental y atmosférica, como parte de un esfuerzo por comprender una variedad de cuestiones que van desde el destino de los medicamentos recetados en las aguas residuales hasta la cascada de reacciones involucradas en el ciclo del ozono.

Hasta ahora, nos hemos centrado en el principio y el final de las reacciones químicas: comenzamos con ciertos reactivos y vemos qué productos producen. Este punto de vista es útil, pero no nos dice qué sucede en el medio, es decir, qué enlaces químicos se rompen, cuáles se forman y en qué orden ocurren estos eventos. La velocidad a la que ocurre una reacción química se llama velocidad de reacción o tasa de reacción, simbolizada como (r) dado que ya empleamos la uve para el coeficiente estequiométrico.

Las tasas de reacción pueden ocurrir en escalas de tiempo muy diferentes. Para investigar cómo ocurren las reacciones, debemos examinar las tasas de reacción y los factores que influyen en ellas. La información experimental sobre la velocidad de una reacción dada proporciona evidencia importante que nos ayuda a formular un mecanismo de reacción, que es una vista paso a paso a nivel molecular de la ruta de los reactivos a los productos.

Nuestro objetivo en este capítulo es comprender cómo determinar las velocidades de reacción y considerar los factores que controlan estas velocidades. ¿Qué factores determinan qué tan rápido se estropea la comida, por ejemplo? ¿Cómo se diseña un airbag automotriz que se llena extremadamente rápido después de un accidente automovilístico? ¿Qué determina la velocidad a la que se oxida el acero? ¿Cómo podemos eliminar los contaminantes peligrosos en el escape del automóvil antes de que el escape salga del tubo de escape? Aunque no abordaremos estas preguntas específicas, veremos que las tasas de todas las reacciones químicas están sujetas a los mismos principios.