Cinética química

Sabemos que la velocidad de una reacción depende de la concentración de reactivos y de la temperatura. Pero ¿por qué el cambio en la concentración y la temperatura afecta la velocidad de reacción? Para responder a esta pregunta, entendamos la teoría de colisiones. La teoría de colisiones establece que, para que se produzca una reacción, las partículas que reaccionan deben colisionar entre sí. Las partículas deben colisionar en la orientación adecuada. Esta colisión da lugar a la formación de productos.

En el contexto de la teoría de colisiones, las partículas representan los átomos, moléculas o iones que participan en una reacción química. Estas partículas están constantemente en movimiento debido a su energía cinética. A medida que se mueven, tienen el potencial de chocar con otras partículas que están en la mezcla de reacción. La teoría de colisión enfatiza que las colisiones entre estas partículas son necesarias para que ocurra una reacción.

Sin embargo, no todas las colisiones resultan en una reacción. La colisión debe satisfacer dos condiciones críticas. Estas condiciones son energía suficiente y orientación adecuada. Las partículas en colisión deben poseer suficiente energía cinética para superar la barrera de energía de activación. La energía de activación se refiere a la cantidad mínima de energía necesaria para que se produzca una reacción. Actúa como una especie de obstáculo que las partículas deben superar para iniciar la reacción.

Cuando las partículas en colisión tienen una energía inferior al valor indicado por el umbral de energía de activación, las partículas no pueden romper los enlaces existentes en las moléculas reactivas. En cambio, las partículas simplemente rebotan entre sí debido a las fuerzas repulsivas entre ellas. Este tipo de colisión se considera ineficaz para iniciar una reacción. Esto se debe a que no se alcanza la energía necesaria para romper los enlaces reactivos e iniciar la formación de nuevos enlaces.

Cuando las partículas chocan con una energía mayor o igual a la energía de activación, los enlaces reactivos pueden romperse. Esto conduce a la formación de nuevos enlaces y a la generación de productos. Una colisión de este tipo se denomina colisión efectiva.

Para que se produzca una reacción química, las partículas que reaccionan no sólo deben colisionar con suficiente energía, sino también en la orientación espacial correcta. Esta orientación correcta es necesaria para que se produzcan los reordenamientos atómicos o moleculares necesarios. Durante una colisión entre partículas reactivas, se transfiere energía de una partícula a otra. Esta transferencia de energía puede provocar la ruptura y formación de enlaces para crear los productos deseados. Sin embargo, para que estos procesos se lleven a cabo con éxito, las partículas que reaccionan deben tener la alineación adecuada.

Si las partículas chocan en una orientación incorrecta, los reordenamientos atómicos o moleculares necesarios no pueden ocurrir de manera eficiente. La energía transferida durante la colisión podría no utilizarse eficazmente para romper los enlaces reactivos y formar nuevos enlaces. Como resultado, la reacción se ve obstaculizada. La formación de productos se hace menos probable.

La frecuencia de colisión se refiere al número de colisiones que ocurren por unidad de tiempo en una reacción química. La frecuencia de colisión es directamente proporcional a la velocidad de reacción. Una mayor frecuencia de colisión significa una velocidad de reacción más rápida. Si la frecuencia de colisión es pequeña, la velocidad de reacción será lenta.

La frecuencia de colisión depende de la concentración de partículas reactivas. Una mayor concentración de partículas reactivas significa que hay más partículas por unidad de volumen disponibles para las colisiones. Como resultado, aumentan las posibilidades de colisiones. Esto conduce a una mayor frecuencia de colisiones.

Las velocidades medias de las partículas que reaccionan también afectan la frecuencia de colisión. A medida que aumenta la velocidad media de las partículas, también aumentan sus posibilidades de colisionar con otras partículas. Esto da como resultado una mayor frecuencia de colisiones. Además, la velocidad de una partícula está directamente relacionada con su energía cinética. La energía cinética es una medida de la energía de movimiento de una partícula. Entonces, una partícula con alta velocidad tendría alta energía cinética. Esto significa que la partícula puede superar la energía de activación para tener una colisión exitosa.

La ley de velocidad es una ecuación matemática que describe la relación entre la velocidad de una reacción química y las concentraciones de sus reactivos. Representa cómo las concentraciones de reactivos afectan la velocidad a la que se forman los productos o se consumen los reactivos. Consideremos la reacción en la que tenemos el reactivo A y el reactivo B. Estos reactivos reaccionan para formar el producto reactivo C. Se ilustra la forma general de la ecuación de la ley de velocidad.

En la ecuación dada, la velocidad representa la velocidad de reacción, que es el cambio en la concentración de un reactivo o producto por unidad de tiempo. La letra A entre corchetes representa la concentración del reactivo A. La letra B entre corchetes representa la concentración del reactivo B. El símbolo K se llama constante de velocidad. Es una constante de proporcionalidad que depende de factores como la temperatura, los catalizadores y el mecanismo de reacción. Es independiente de las concentraciones de reactivos.

Los exponentes x e y en la ecuación de la ley de velocidad representan los órdenes de reacción con respecto al reactivo A y al reactivo B, respectivamente. El orden de reacción indica la sensibilidad de la velocidad de reacción a los cambios en la concentración de un reactivo particular. Puede ser 0, positivo, negativo y posiblemente fraccionario. Si el orden de reacción de un reactivo es 0, entonces el reactivo se denomina reactivo de orden cero. Significa que la concentración de ese reactivo no afecta la velocidad de reacción. La velocidad es independiente de la concentración de ese reactivo en particular. Se ilustra la ecuación de la ley de velocidad para un reactivo de orden cero.

Si el orden de reacción de un reactivo es uno, entonces el reactivo se denomina reactivo de primer orden. Indica que la velocidad de reacción es directamente proporcional a la concentración de ese reactivo. Duplicar la concentración de un reactivo de primer orden dará como resultado duplicar la velocidad de reacción. Se ilustra la ecuación de la ley de velocidad para un reactivo de primer orden.

Si el orden de reacción de un reactivo es dos, entonces el reactivo se denomina reactivo de segundo orden. Indica que la velocidad de reacción es proporcional al cuadrado de la concentración de ese reactivo. Duplicar la concentración de un reactivo de segundo orden dará como resultado un aumento de cuatro veces en la velocidad de reacción. Se ilustra la ecuación de la ley de velocidad para un reactivo de segundo orden.