Se entiende como velocidad de reacción química como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad
de tiempo. La velocidad de
reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en moles/s.
El estudio de la
rapidez o velocidad con que se produce el consumo o formación de las distintas
especies químicas constituye el campo o formación de las distintas especies
químicas constituye el campo de la cinética
química, la cual estudia las velocidades de las reacciones químicas y los
mecanismos por los cuales se producen.
La combustión de la
gasolina en un motor, tiene una rapidez casi explosiva, la oxidación del hierro
es muy lenta, los alimentos se descomponen rápidamente con el calor. El estudio
de la cinética química nos permite obtener información para controlar la
velocidad de estas y otras reacciones.
TEORÍA DE LAS COLISIONES Y LA DEL COMPLEJO ACTIVADO
Existen dos explicaciones acerca de cómo se producen las reacciones químicas:
La teoría de las colisiones y la del complejo.
La teoría de las colisiones establece
que las reacciones químicas, ocurren mediante choques efectivos entre las
partículas de los reaccionantes, sean átomos, moléculas o iones. Para que una reacción química pueda ocurrir debe hacer contacto, choque
o colisión entre las partículas.
Ese contacto, choque o colisión se produce cuando las partículas al
acercarse deben tener la orientación,
apropiada.
Por otra parte es necesario que la colisión suministre una cierta
energía mínima denominada energía de
activación, la cual es indispensable para el reordenamiento de los
electrones exteriores del átomo (electrones de valencia), romper unos enlaces y
formar otros.
Una colisión es efectiva
cuando tiene la orientación apropiada y adquiere energía de activación, la cual
se define como la energía mínima necesaria para que ocurra una reacción.
El gráfico muestra también el valor de la energía de activación, la que viene a
constituir una barrera para que la reacción no se produzca si no es alcanzado
dicho nivel energético por el sistema reaccionante.
La
adicción de energía de activación a los reaccionantes origina la formación de un complejo activado, intermedio rico en
energía, pero inestable, el cual al descomponerse en los productos finales de
la reacción libera energía.
La teoría del complejo activado o de estado de transición describe
el curso de una reacción a partir de la energía potencial en los
reactivos, para ello considera que la energía química es energía potencial y
que los reactivos atraviesan por un
estado intermedio de alta energía y de corta duración llamado estado de transición, antes de formar
los productos.
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN
La teoría de las colisiones
plantea que la velocidad de reacción se puede acelerar aumentando el
número de colisiones por unidad de tiempo, o incrementando la energía cinética
de las partículas que chocan. Para ello se pueden tomar en cuenta un conjunto de
factores que aumentan el número de choques entre partículas, como la
concentración de los reaccionantes y la energía cinética de las partículas que
colisionen, por ejemplo, mediante una elevación de temperatura.
La velocidad de reacción depende de los siguientes factores:
- La naturaleza de los reaccionantes: En una reacción química hay reorganización de las estructuras electrónicas, rupturas de enlaces y formación de otros. Estos procesos van asociados a los estados energéticos propios de cada sustancia. Por ejemplo, el sodio y el calcio, que son dos metales, reacciona en forma diferente con el agua. El primero reacciona violentamente, el segundo en forma diferente con el agua.
- El estado físico de los reaccionantes: El tamaño y, por tanto la superficie de contacto entre los reaccionantes favorece la reacción química.
Puede generalizarse que mientras más dividido un
material más fácilmente reacciona, lo que aumenta la velocidad de reacción.
- La concentración de los reaccionantes: al aumentar proporcionalmente la concentración, en un volumen determinado, aumenta la probabilidad de un mayor número de choques efectivos de las partículas reaccionantes, en consecuencia la reacción es más rápida. Por ejemplo, la cantidad de magnesio (Mg), en el mismo estado físico, que reaccionen con la misma cantidad de ácido clorhídrico (HCl) a diferente concentración lo hace más rápido con el más concentrado, tal como se muestra a continuación.
Fueron los
químicos noruegos Cato M. Gulberg y Peter Waage quienes establecieron la Ley de
acción de masas. De acuerdo con ella, la velocidad de una reacción aumenta
proporcionalmente con la concentración de los reaccionantes (reactivos), en
moles litros, siempre que la temperatura se mantenga constante.
- Efecto de la temperatura: la rapidez de la mayoría de las reacciones químicas aumenta al ocurrir un incremento de la temperatura, es por ello que los alimentos se descomponen más rápido a temperatura ambiente que en el refrigerador. Al aumentar la temperatura, se incrementa el desorden de las partículas de las sustancias reaccionantes, esto hace que aumente el número de colisiones efectivas entre partículas, permitiéndoles reaccionar y aumentando así la rapidez de reacción. Por ejemplo, esto explica por qué para evitar la putrefacción de los alimentos los metemos en la nevera o en el congelador. Por el contrario, si queremos cocinarlos, los introducimos en el horno o en una cazuela puesta al fuego.
- Efecto de los catalizadores: Un catalizador es una sustancia que modifica la rapidez de una reacción química sin que ella misma se consuma en el proceso o sufra algún cambio químico. Existen dos tipos de catalizadores:
·
Catalizadores positivos: que aceleran la rapidez de una reacción.
·
Catalizadores negativos: que disminuyen la rapidez de una reacción.
En muchas ocasiones se hace necesario modificar los valores de la
rapidez para mejorar los procesos químicos. Los catalizadores, por ejemplo, se
utilizan en casi todos los procesos químicos y biológicos; la naturaleza ha
hecho posible que en nuestro organismo existan múltiples catalizadores llamados
enzimas, responsables, responsables de originar determinadas reacciones químicas
en nuestro cuerpo cada una en determinada rapidez, necesaria para garantizar
los procesos biológicos.
BIBLIOGRAFÍA:
Requeijo D. y Requeijo de A. (2006). Química. 1er. Año Ciclo Diversificado.
Editorial Biosfera. Miranda. Venezuela. P.192.
Lacueva A y otros. (2012). Ciencias Naturales. Cuarto año. Tomo 1. Colección
Bicentenario. Venezuela.
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