BLOQUE III

VELOCIDADES DE REACCIÓN Y EQUILIBRIO QUÍMICO

TEORÍA




                               PRÁCTICA

CINÉTICA QUÍMICA  VELOCIDAD DE REACCIÓN

La velocidad de una reacción es la rapidez con la cual los reactivos se transforman en productos, teniendo en cuenta ciertas condiciones. La velocidad de una reacción química no es constante, es rápida al principio y va disminuyendo a medida que los reactivos se gastan. Velocidad media, cantidad (moles) de una sustancia formada o consumida durante una reacción química, en la unidad de tiempo. La unidad de tiempo será aquella que resulte apropiada a la velocidad de la reacción: microsegundos para explosivos, segundos o minutos para reacciones comunes.  A + B C + D

TEORIA DE LAS COLISIONES

Para que una reacción química se produzca, es necesario que las moléculas de los reactantes choquen o colisionen unas con otras.  Cuanto más partículas o moléculas choquen, más rápido ocurrirá la reacción. Sin embargo, no todas las colisiones son efectivas. Pueden ocurrir muchas colisiones, pero solo algunas conducen a la formación de producto, cuando las moléculas chocan con la orientación adecuada y la suficiente energía.

FACTORES QUE AFECTAN VELOCIDAD DE REACCIÓN

1. Naturaleza química de los reactantes

La velocidad de una reacción química está determinada, primero por la naturaleza química de los reactivos, ya que cada sustancia en particular tiene enlaces que son distintos y se necesitará diferente cantidad de fuerza para romperlos. N2 Y H2, en condiciones ordinarias, no reaccionan entre sí. Cl2 y H2, se combinan activamente, incluso en forma instantánea, bajo la acción de la luz.  La reacción de oxidación de diferentes metales ocurre a distintas velocidades en igualdad de condiciones: el hierro se oxida más rápido que el aluminio en presencia del oxígeno húmedo.

2. Concentración de los reactantes.

La velocidad de una reacción química homogénea (un solo estado físico), depende de la concentración de los reactantes. Lo cual se explica puesto que a mayor concentración habrá mayor número de moléculas por unidad de volumen, lo que conduce a un mayor número de colisiones efectivas.  En las reacciones heterogéneas,(los reactantes se encuentran en diferentes fases o estados), la velocidad se incrementa con el aumento de superficie de contacto entre los reactantes. El hierro de una puntilla se oxida más lentamente al ser expuesto a oxígeno del aire que si el hierro estuviera pulverizado.

3. Tamaño de las partículas.

Generalmente en el laboratorio, las sustancias químicas se encuentran en Forma de polvo muy fino, o en estado líquido para facilitar la reacción. (Trozos de madera pequeños para fuego, digestión de seres vivos).  La velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa. No ocurren más cambios en las concentraciones de reactivos y productos, aun cuando las dos reacciones continúan a igual velocidad.

4. Temperatura

En general, el aumento de la temperatura incrementa la velocidad de las reacciones químicas. Esto, debido a que al aumentar la temperatura, aumenta la energía cinética de las partículas reactantes y con ello la probabilidad de que aumente el número de choques o colisiones entre ellas. Cuando por efecto del calor, las partículas aumentan su energía cinética se dice que tales partículas están activadas. La energía que se emplea para obtener este efecto se llama energía de activación, la cual se expresa en kcal/mol o kJ/mol.(Restregar una cerilla para que se inflame. La mezcla gasolina-aire presente en el cilindro de un automotor solo se inflama cuando se produce la chispa de la bujía.)Obviamente la energía de activación es diferente para las diferentes reacciones. Algunas sustancias tienen gran afinidad entre sí, como los metales del grupo I-A, por lo que su combinación requiere mínima energía de activación. Para que ocurra una reacción, son necesarias 3 condiciones:

a.    Colisión: Los reactivos deben chocar  

b. Orientación: Los reactivos deben alinearse de manera adecuada para romper y formar enlaces.

c.    Energía: La colisión debe proporcionar la energía de activación.

5. Los catalizadores.

Existen sustancias que funcionan como catalizadores positivos, al favorecer la velocidad de reacción ( H2 y O2, en un matraz tapado, no pasa nada, pero si se coloca un poco de musgo de platino, a los pocos minutos la mezcla gaseosa se inflama, y hay explosión: los dos gases se han combinado, con la producción de agua. El platino catalizó la reacción positivamente, acelerando la reacción). 

Y catalizadores negativos, que disminuyen la velocidad de la reacción (acetanilida C6H5.NH.CO.CH3 que se adiciona a peróxido de hidrógeno H2O2 para disminuir o retardar su descomposición (en H2O + O). Los catalizadores son sustancias que no son consumidas durante las reacciones. La velocidad de reacción, se determina al medir la cantidad de un reactivo agotado, o la cantidad de producto formado, en un determinado tiempo: Velocidad de reacción = cambio en concentración /Cambio en tiempo.

6. La ley de velocidad de una reacción química.

Expresión matemática que define la variación de la velocidad en función de la concentración de los reactantes y una constante, llamada constante específica de velocidad(K), que determina los cambios producidos por los factores distintos a la concentración.