EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO

VELOCIDAD DE REACCIÓN

La velocidad de reacción nos debe de indicar lo deprisa que se efectúa la reacción y como siempre que queremos medir lo deprisa que sucede algo, se medirá la cantidad que se transforma en la unidad de tiempo.
Sin duda la velocidad dependerá de la naturaleza de los reactivos, pero además intervendrán otros factores que nos permitirán aumentar la velocidad que serán:
Cualquier forma de favorecer el contacto entre los reactivos, porque para poder reaccionar, romperse unos enlaces y formarse otros tendrá que existir un contacto entre las moléculas, iones, etc.
Aumentando la temperatura.
Utilizando catalizadores.

TEORÍA DE LAS COLISIONES

 ente entre sí, y por lo tanto:

“La velocidad de una reacción es proporcional al número de colisiones producidas por unidad de tiempo entre las moléculas de los reactivos.”

De acuerdo con esta teoría, cualquier factor que haga aumentar la frecuencia con la que tienen lugar dichas colisiones, deberá aumentar la velocidad de la reacción (o lo que es lo mismo, su constante cinética).

Sin embargo, no todas las colisiones que tienen lugar entre las moléculas de los reactivos van a dar lugar a productos, ya que no todas las colisiones son efectivas. Si así fuera, las reacciones entre sustancias líquidas o disueltas serían muy rápidas, ya que en estos estados, el número de choques es muy grande (entorno a 10³⁰ por segundo), y en la práctica, muy pocas reacciones tienen lugar a altas velocidades. La mayoría son relativamente lentas debido a que muchas de las colisiones producidas no son efectivas y no se traducen en la formación de productos.

Para que las colisiones sean efectivas hay dos aspectos importantes que deben cumplirse:

1. las moléculas, átomos, iones, ... de las especies reacionantes deben tener una energía mínima necesaria (energía de activación), dado casi todas las reacciones implican una ruptura de enlaces que requieren un aporte energético.
    
2. La orientación relativa de las especies que colisionan debe ser la adecuada para que la interacción sea efectiva.

I₂        +      H₂                                               2  HI

FACTORES QUE MODIFICAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

Para que dos sustancias reaccionen, sus moléculas, átomos o iones deben chocar. Estos choques producen un nuevo ordenamiento electrónico y, por consiguiente un nuevo ordenamiento entre sus enlaces químicos, originando nuevas sustancias.

 

1. Temperatura

Según la Teoría Cinética, la temperatura aumenta la energía cinética de las moléculas o iones y por consiguiente el movimiento de estos, con lo cual, aumenta la posibilidad de choques entre las moléculas o iones de los reactivos, aumentando la posibilidad de que ocurra la reacción o acelerando una reacción en desarrollo.

 

2. Superficie de contacto

Cuando una o todas las sustancias que se combinan se hallan en estado sólido, la velocidad de reacción depende de la superficie expuesta en la reacción. Cuando los sólidos están molidos o en granos, aumenta la superficie de contacto y por consiguiente, aumenta la posibilidad de choque y la reacción es más veloz.

Lo mismo ocurre cuando las sustancias reaccionantes no son miscibles entre sí, como por ejemplo, en la hidrólisis neutra de un aceite, se hace reaccionar éste con agua, para lograrlo, el agua de la parte inferior (recordemos que el aceite es más liviano que el agua) se recircula hacia la parte superior rociándola sobre la superficie del aceite.

3. Agitación

La agitación es una variante del punto anterior, lo que se logra agitando las sustancias reaccionantes, es mezclar íntimamente los reactivo aumentando la superficie de contacto entre ellos.

4. Concentración

La velocidad de una reacción química es proporcional a la concentración en moles por litro (moles/litro), de las sustancias reaccionantes.

Si dos sustancias homogéneas A y B (gases o soluciones) reaccionan:

A + B ® C + D (6)

La velocidad de la reacción es:

V = [A].[B] (7)

En la que los corchetes señalan concentraciones en moles por litro. Observemos que si duplicamos la concentración, por ejemplo, de la sustancia A, la velocidad de la reacción se duplica:

V* =2 [A].[B] (8)

Si las sustancias que reaccionan son gaseosas, la concentración de las mismas aumenta disminuyendo el volumen, lo que se logra aumentando la presión.

En la figura anterior se observa, que aumentando la presión las moléculas de las sustancias reaccionantes se aproximan entre sí, acrecentando la posibilidad de choque entre sus moléculas, y por consiguiente se acelera la reacción.

 

6. Catalizadores

Se llaman catalizadores a las sustancias que intervienen en las reacciones, acelerándolas o retardándolas y que siguen presentes al finalizar la reacción, es decir que no se consumen en esta, no son parte de los productosreaccionantes. Las sustancias que retardan la velocidad de reacción se denominan inhibidores.

i. Catalizadores de contacto o heterogéneos:

No reaccionan químicamente con las sustancias del sistema: adsorben en su superficie, las moléculas de esas sustancias reaccionantes, aumentan, por consiguiente, el número de choques entre ellas y aceleran la reacción.

Una reacción en la cual los reactantes y el catalizador no están en la misma fase (estado) es una reacción heterogénea. Este tipo de catalizadores generalmente producen una superficie donde las sustancias pueden reaccionar, estos catalizadores funcionan adsorbiendo alguno de los reactantes, debilitando el enlace en cuestión hasta el punto en que el otro reactante rompe dicho enlace. La adsorción es la adherencia de una sustancia a la superficie de otra.

ii. Catalizadores de transporte u homogéneos:

Estos catalizadores actúan interviniendo en la reacción y luego se regeneran al finalizar la misma. Un catalizador homogéneo se encuentra en la misma fase (estado) que los reactantes

Son características de los catalizadores:

a) Gran desproporción entre la masa de las sustancias que reaccionan y la pequeña masa del catalizador.

b) El catalizador se halla igual al final del proceso, que al comienzo de él.

c) Un catalizador no produce una reacción que sin él no se realiza, solo modifica la velocidad de la misma.

d) Los catalizadores son específicos de cada reacción o de un cierto grupo de reacciones.

La absorción de las impurezas que acompañan a las sustancias reaccionantes, pueden disminuir o detener la acción del catalizador. Estas sustancias que retardan la acción de los catalizadores se denominan venenos del catalizador.

Resumiendo: para aumentar la velocidad de una reacción, se debe aumentar la posibilidad de choque entre las moléculas, iones o átomos de las sustancias reaccionantes, modificando las variables enumeradas que el proceso permita.

EXPRESIÓN MATEMÁTICA DE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

La ecuación de velocidad cinética es una ecuación matemática que

relaciona la velocidad de reacción con las variables de que depende

(fundamentalmente con la composición del sistema: numero de

moles, concentraciones o, en gases, presiones parciales).

En la ecuación cinética pueden aparecer variables relacionadas con

cualquier especie química presente en el sistema durante la reacción:

reactivos, productos, catalizadores, disolvente, especies interese, etc.

En algunos sistemas reactivos:

a A + b B + ... → d D + e E + ...

la ecuación cinética adopta una forma especialmente sencilla:

v = k · [A]α

· [B]β

...[D]δ

· [E]

...

En ese caso se dice que la reacción tiene orden definido.

(Fundamentos de Química, Grado en Física) Cinética química Enero–Mayo, 2011 4 / ecuación de velocidad

Se denomina orden parcial respecto a la sustancia j al exponente a

que aparece elevada la concentración de dicha sustancia.

El orden total, n es la suma algebraica de los exponentes:

n = α + β + ...

Los ´ordenes de reacción pueden ser números positivos o negativos,

enteros o fraccionarios y no están ligados a los coeficientes

estequiometricos de la reacción (global). Sus valores no dependen de

como se ajuste la reaccion.

La K que aparece en la ecuacion cinetica recibe el nombre de

constante de velocidad y es funcion de la temperatura. Al aumentar

la temperatura, la constante de velocidad tambien aumenta.

La constante de velocidad tiene unidades que, en el caso de

ecuaciones en terminos de concentraciones molares, son:

s

−1

· mol1−n

· L

n−1