Cinética Química

1. Cinética Química

La cinética química es el campo de la química que se ocupa del estudio de la velocidad de las reacciones químicas y de los factores que influyen en esa velocidad.

Su importancia es muy amplia, ya que se relaciona con temas tan diversos como la rapidez con que actúa un medicamento o el descubrimiento de catalizadores para la síntesis de nuevos materiales y compuestos.

Velocidades de reacción

Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada (si tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos como referencia un reactivo) por unidad de tiempo.

En general, debemos decir que la velocidad de una reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se produzcan choques entre las moléculas de reactante, y la velocidad es mayor. Sin embargo, a medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactantes, disminuye la probabilidad de choques y con ella la velocidad de la reacción.

Por otra parte, debemos recordar que la velocidad de las reacciones químicas abarca escalas de tiempo muy amplias. Por ejemplo, una explosión puede ocurrir en menos de un segundo, la cocción de un alimento puede tardar minutos u horas, la corrosión puede tomar años y la formación de petróleo puede tardar millones de años.

La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactantes o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir la cantidad de reactante que desaparece por unidad de tiempo, o la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo.

La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en moles/s.

Velocidad media de aparición del producto

En una reacción, la velocidad media está dada por la variación de la concentración de una especie química con respecto al tiempo. De este modo, se tiene la siguiente relación:

v = k d[X] / d T

En general, la velocidad de aparición del producto es igual a la velocidad de desaparición del reactante. Entonces,

para la reacción: A ? B , donde A es el reactante y B el producto, la velocidad se puede expresar según:

vreactante = k d [A] / d T vproducto = k d [B] / d T

donde k es una constante de proporcionalidad, los corchetes denotan la concentración de cada una de las especies y T representa el tiempo de desaparición de reactante o de aparición de producto.

Hagamos un resumen sobre los componentes de una “Ecuación de velocidad”:

• La velocidad depende de las concentraciones de los reactivos.

• En una reacción dada:

a Ax + b By ? c Cz + d Dw

v= kx[A]nx[B]m

• A y B son los reactivos o reactantes.

• a, b, c, d son los coeficientes estequiométricos.

• C y D son los productos.

• x, y, z, w representan el estado físico en que se encuentran las sustancias, sean reactantes o productos.

• “m” y “n” se determinan experimentalmente, por lo tanto, no siempre coinciden con los coeficientes estequiométricos “a” y “b”.

• “k” corresponde a la constante de velocidad

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2. Orden Parcial de reacción

En la expresión: v = k [A]n x [B]m se llama orden parcial de reacción a cada uno de los exponentes que aparecen en dicha expresión de velocidad. Entonces, la reacción es de orden “n” con respecto a A y de orden “m” con respecto a B.

Veamos algunos ejemplos:

Para la reacción

H2 (g) + I2 (g) ? 2 HI (g)

la ecuación de velocidad está dada por:

v = k x [H2] x [I2]

Como el exponente de [H2] es 1, concluimos que la reacción es de primer orden respecto del H2. Lo mismo ocurre con [I2].

Para la reacción

N2 (g) + 3H2 (g) ? 2NH3 (g)

la ecuación de la velocidad está dada por:

v = k x [N2] x [H2]3

En este caso, concluimos que la reacción es de primer orden respecto del N2 y de tercer orden respecto al H2.

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3. Factores que influyen en la velocidad de reacción

Temperatura

La constante de velocidad y, por tanto, la velocidad de una reacción aumenta si aumenta la temperatura, porque la fracción de moléculas que sobrepasan la energía de activación es mayor.

En

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