Velocidad de la reacción

Velocidad de la reacción

Se define como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tomar muchos años, pero la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundo.

Velocidad = cambio de la concentración de una sustancia ∆[AB]/tiempo transcurrido ∆t

$$R=\frac{\mathrm{∆[AB]}}{\mathrm{∆t}}$$

Ejemplo 1

Una sustancia A reacciona a 0,356 M, cuando ha transcurrido 5,20 s aún permanece sin reaccionar 0,132 M de la sustancia. ¿Cuál es la rapidez de la reacción en mol/L?

Datos	Procedimiento	Resultado
R = ? ∆[AB] = ? [A] = 0,356 M [B] = 0,132 M t = 5,20 s	$$R=\frac{\mathrm{0,224\; M}}{\mathrm{5,20\; s}}\to \mathrm{0,043\; M/s}$$	La velocidad de la reacción es 0,043 M/s

Ejemplo 2

Se tiene la reacción A + B → D + E a los 7 min y 15s, se ha formado 0,097 M de D, mientras a que a los 9 min con 6s hay 0,245 M de D. calcule la rapidez de la reacción en M.

Datos	Procedimiento	Resultado
R = ? ∆[AB] = ? ∆t = ? [A] = 0,245 M [B] = 0,097 M ti = 7min 15s tf = 9min 6s	$$R=\frac{\mathrm{0,148\; M}}{\mathrm{111\; s}}\to \mathrm{0,0013\; M/s}$$	La velocidad de la reacción es 0,0013 M/s

Teoría de las colisiones

Propuesta hacia 1920 por Gilbert N. Lewis (1875-1946) y otros químicos, afirma que para que ocurra un cambio químico es necesario que las moléculas de la sustancia o sustancias iniciales entren en contacto mediante una colisión o choque. Pero no todos los choques son iguales. El choque que provoca la reacción se denomina choque eficaz y debe cumplir estos dos requisitos:

• Que el choque genere la suficiente energía para romper los enlaces entre los átomos.
• Que el choque se realice con la orientación adecuada para formar la nueva molécula.

La energía de activación

En química es la energía que necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado proceso. Suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada. Para que ocurra una reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima.

La ecuación de velocidad

La ecuación de velocidad se expresa como el producto de una constante por las concentraciones de los reactivos elevadas a una cierta potencia. Para una reacción entre dos sustancias se expresa como:

$$R={\mathrm{k[A]}}^x{\mathrm{[B]}}^y$$

Donde:
r= rapidez de la reacción
k= constante de rapidez
[ ]= concentración de los reactivos en M
x, y = orden de cada reactivo en la ecuación de rapidez
En general, se expresa como el producto de concentraciones de reactivos elevadas a unos coeficientes que se deben determinar experimentalmente.

Factores que afectan la velocidad de reacción

La rapidez de una reacción depende de una serie de factores:

1. Temperatura: al aumentar la temperatura, también lo hace la velocidad a la que se mueven las partículas y, por tanto, aumentará el número de colisiones y la violencia de estas. El resultado es una mayor velocidad en la reacción. Se dice, de manera aproximada, que, por cada 10 °C de aumento en la temperatura, la velocidad se duplica. Ej alimentos en el refrigerador.
2. Grado de subdivisión del reactivo: Si los reactivos están en estado líquido o sólido, la pulverización, es decir, la reducción a partículas de menor tamaño, aumenta enormemente la velocidad de reacción, ya que facilita el contacto entre los reactivos y, por tanto, la colisión entre las partículas. Por ejemplo, el carbón arde más rápido cuando está en pedacitos.
3. Naturaleza de los reactivos: Dependiendo del tipo de reactivo que intervenga, una determinada reacción tendrá una energía de activación: muy alta, y entonces será muy lenta, muy baja, y entonces será muy rápida. Por ejemplo, El sodio reacciona más rápidamente con agua que el hierro (Fe) debido a las propiedades químicas más reactivas del sodio.
4. Concentración de los reactivos: Si los reactivos están en disolución o son gases encerrados en un recipiente, cuanto mayor sea su concentración, más alta será la velocidad de la reacción en la que participen, ya que, al haber más partículas en el mismo espacio, aumentará el número de colisiones. Por ejemplo, combinación de ácidos con metales
5. Los catalizadores: son sustancias que facilitan la reacción modificando el mecanismo por el que se desarrolla. En ningún caso el catalizador provoca la reacción química; no varía su calor de reacción. Por ejemplo, La adición de una pequeña cantidad de dióxido de manganeso (MnO₂) acelera la descomposición del peróxido de hidrógeno (H₂O₂) en agua y oxígeno