Cinética química: tasas de reacción

Hay mucha información que se puede derivar de un

tant. Como resultado, uno debe esperar encontrar que las tasas de reacción

ecuación química: por ejemplo, los productos que pueden

varían mucho con los cambios en la estructura molecular. Esto puede ser

a partir de un conjunto dado de reactivos y la estequiométrica

visto comparando la velocidad de reacción del hierro (Il) y la per-[pic 8]

Relación entre las sustancias involucradas en la reacción.

iones de manganato con el de las moléculas de ácido oxálico y per-

(1). La ecuación, sin embargo, no revela nada sobre

manganato

las condiciones bajo las cuales tendrá lugar la reacción, su

2MnOE (aq) + [pic 9]        [pic 10]        [pic 11]        [pic 12]        [pic 13]        [pic 14]        [pic 15]        [pic 16]        [pic 17] + 16H (aq)[pic 18]

eficiencia, o la "velocidad" a la que se produce la reacción. Por tasa

(púrpura)

se refiere al número de cambios químicos que tienen lugar en

        [pic 19]        [pic 20]        + [pic 21]        [pic 22]        [pic 23]        [pic 24]        [pic 25]        [pic 26]+ 8H20 (l)

una escala molecular por unidad de tiempo (2).

[pic 27]

(rosado)

s

Al examinar numerosas reacciones químicas, se

sirve para que procedan ciertos tipos de reacciones químicas         [pic 28]

[pic 29]        [pic 30]        [pic 31]        [pic 32]        [pic 33]        [pic 34]        [pic 35]        [pic 36]        [pic 37]+ 5H2C204 (aq) + 6H (aq)

C

que otros. Por ejemplo, la explosión de nitroglicerina.

(púrpura)

avanza rápidamente, mientras que la oxidación del hierro generalmente ocurre por lo que

        -Y         + COI02 (g) + 8H20 (l)

o

lentamente que es apenas perceptible. Algunas reacciones van es-

(rosado)

esencialmente hasta su finalización (queda poco o ningún reactivo), mientras que

En ambos casos, el permanganato púrpura desaparece a medida que el rosa

otros están en un estado de equilibrio dinámico, una situación en

aparece el ión manganeso (ll); sin embargo, en la primera reacción el

qué reactivos forman productos a la misma velocidad que los productos

El color púrpura desaparece casi instantáneamente al agregarlo.

se transforman en reactivos. En reacciones químicas, tasas

de una cantidad estequiométrica de hierro (ll) que indica que el[pic 38]

generalmente se miden en términos de qué tan rápido aparecen los productos o

la reacción ocurre muy rápidamente. Por otro lado, la desaparición

qué tan rápido desaparecen los reactivos. Color, presión, concentración,

La tolerancia del color púrpura en la segunda reacción requiere

y los cambios de masa son algunos parámetros que son frecuentemente

un período de tiempo mucho más largo; por lo tanto, la reacción debe

utilizado para monitorear el progreso de una reacción.

ocurren más lentamente. Incluso a temperaturas elevadas, el segundo

s

Las velocidades de reacción y la eficiencia de la reacción son de gran importancia.

la reacción es lenta a menos que sea catalizada por el ion manganeso (II). (Esta

C

[pic 39]tancia al químico; a menudo la viabilidad de un producto químico

es un ejemplo de autocatálisis, es decir, Mn2 +, un producto de reacción,

reacción, particularmente un proceso comercial, depende de la

sirve para catalizar su propia formación.) Todo es idéntico

velocidad y eficiencia de la reacción. Si la reacción es demasiado lenta o la

en estas dos reacciones excepto por la naturaleza de una de las

O

el equilibrio no se desplaza a favor de los productos, no puede

reactivos; el hierro (ll) es un ion, mientras que el ácido oxálico es una molécula.

O

ser económicamente factible.

Generalmente, se encuentra que los reactivos iónicos producen productos a

El estudio del equilibrio químico se ocupa únicamente del límite

velocidad mucho más rápida que las moléculas covalentes.

o el grado en que puede ocurrir una reacción; solo se trata de

Se pueden sugerir dos razones para la diferencia observada

con los estados inicial y final del sistema químico.

en velocidad de reacción. Primero, el permanganato y el hierro (ll) son

C

La cinética química, sin embargo, se ocupa de la reacción

ambos iones. Reacciones que ocurren entre iones de carga opuesta.

mecanismo, es decir, la secuencia de pasos por los cuales una sustancia química

y la distribución de carga esencialmente esférica suele ser rápida

procede la reacción, las velocidades de estos pasos y los factores, como[pic 40]

porque el contacto efectivo entre partículas puede ocurrir desde cualquier

naturaleza de los reactivos, concentración, temperatura y catálisis,

dirección relativa de aproximación. Es decir, la influencia de la

que afectan la tasa.

tamaño lecular y geometría (4) en la velocidad de reacción, comúnmente

[pic 41]

La teoría de la colisión de las tasas de reacción

conocido como el efecto "estérico", es mínimo en las reacciones iónicas.

s

Se ha desarrollado un concepto, conocido como teoría de la colisión.

La segunda razón se refiere a la probabilidad de que

abierto para explicar por qué ciertos factores, como la naturaleza de

Las moléculas de ácido oxálico orientadas chocarán con la orientación adecuada.

[pic 42]reactivos, concentración y temperatura, afectan la tasa de

iones de permanganato emitidos. La probabilidad de un permanganato

una reacción química. Esta teoría se basa en la idea de que para

ión que choca con una parte no reactiva de la molécula se con-

para que ocurra una reacción, debe haber colisiones entre el reactivo

significativamente mayor para la molécula de ácido oxálico que para el

partículas. En consecuencia, la velocidad de reacción depende de la

ion de hierro (ll). En consecuencia, la tasa de colisión efectiva y

número de colisiones por unidad de tiempo y la fracción de estas

la velocidad de reacción general, debería ser más lenta para el ácido oxálico

colisiones que son efectivas. Por colisiones efectivas se entiende los contactos entre partículas entre reactivos que tienen éxito

que para el ión de hierro (ll).

en la formación de productos.

Concentración de reactivos

Desde un punto de vista cinético, el cambio químico se produce como

Naturaleza de los reactivos

resultado de colisiones moleculares. Cuanto mayor sea el número de

Las sustancias difieren en actividad y, por tanto, en la tasa con

colisiones por unidad de tiempo, mayor es la probabilidad de

que reaccionan con otras sustancias. Por ejemplo, un activo

versión de los reactivos en productos por unidad de tiempo, es decir, la

un metal como el potasio desplazará el hidrógeno vigorosamente y

mayor la velocidad de reacción. Al aumentar la concentración

rápidamente de los ácidos, mientras que los metales menos activos, como el plomo o

de cualquiera o todos los reactivos, cada molécula tiene una mayor

inum, reaccionan muy lentamente, si es que lo hacen, como en el caso del platino. A

probabilidad de chocar con otra molécula y participar

Una discusión más detallada de las actividades relativas de los metales puede

pateando en una reacción.

se puede encontrar en un artículo anterior de esta serie (3).

Para desarrollar las nociones cuantitativas de velocidad de reacción,

Otro factor a considerar es que una reacción química

sider la reacción entre el yodo gaseoso y el bromo para formar

es un proceso en el que se rompen los lazos existentes y se forman nuevos lazos. Por tanto, la velocidad de reacción dependerá de la

monobromuro de yodo gaseoso

vínculos específicos involucrados y, por lo tanto, sobre la naturaleza de la reacción

12 (g) + Br2 (g) 21Br (g)