Cinética Las velocidades de las reacciones químicas

El estudio de las velocidades de las reacciones químicas, recibe el nombre de cinética química.

La rapidez con la que se produce una transformación química es un aspecto muy importante. Tanto desde el punto de vista del conocimiento del proceso como de su utilidad industrial, interesa conocer la velocidad de la reacción y los factores que pueden modificarla.

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.

La reacción de oxidación-reducción que tiene lugar es la oxidación del yoduro de potasio  a yodo por el agua oxigenada que se reduce a  agua,. Según la ecuación;

Agua oxigenada + Yoduro de potasio + ácido clorhídrico  ð  Cloruro de potasio + agua + yodo

H2O2 + 2 KI + 2 HCl   ð   2 KCl + 2 H2O + I2

En esta reacción podremos medir la velocidad de reacción por el tiempo que tarda en aparecer el precipitado marrón - rojizo del yodo, visible a simple vista..

Se comprueba que la velocidad de reacción es mayor,  a mayor temperatura y a a mayores concentraciones iniciales de los reactivos.

Experimentalmente la formación del yodo se podría poner de manifiesto, de forma más evidente, añadiendo  a la disolución inicial, unas gotas de engrudo de almidón incoloro que ese torna violeta ala parecer las primeras cantidades de yodo.

La velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre las moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor. A medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de choques y con ella la velocidad de la reacción. La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, bien 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.

Son varios los factores que influyen en la velocidad de una reacción química. Uno de ellos fundamental es la concentración de los reactivos y el otro la temperatura. El aumento de la concentración de los reactivos hace más probable el choque entre dos moléculas de los reactivos, con lo que aumenta la probabilidad de que entre estos reactivos se de la reacción.
En el caso de reacciones en estado gaseoso la concentración de los reactivos se logra aumentando la presión, con lo que disminuye el volumen.
Si la reacción se lleva a cabo en disolución lo que se hace es variar la relación entre el soluto y el disolvente.
En la simulación puedes variar la concentración de una o de ambas especies reaccionantes y observar cómo influye este hecho en la velocidad de la reacción química.

Un aumento de temperatura también aumenta la velocidad de la reacción, con independencia de que ésta sea exotérmica o endotérmica. La explicación está en el hecho de que, al aumentar la temperatura, aumenta el número de moléculas con una energía igual o mayor que la energía de activación, con lo que aumenta el número de choques efectivos. La velocidad de la reacción se duplica por cada 10ºC de aumento de temperatura.
Un ejemplo claro lo tenemos en las reacciones de degradación de los alimentos; para que el proceso sea más lento guardamos los alimentos a baja temperatura en el frigorífico.

En la simulación  puedes observar el efecto de los aumentos tanto de temperatura como de concentración sobre una reacción química.

En resumen

· La velocidad de reacción se define como la variación con el tiempo de la concentración de cualquier reactivo o producto, que intervienen en dicha reacción.

· Para la reacción general:  a A + b B ð c C + d D, su definición operativa es: 

· Las unidades de la velocidad de reacción son mol·L-1·s-1

· La ley de velocidad es la relación empírica entre la velocidad y la concentración de reactivos en cualquier instante. Se determina experimentalmente y es de la forma: v=k·[A]m · [B]n; donde k se llama constante de velocidad.

· Los exponentes m y n se llaman órdenes parciales de la reacción con respecto a los reactivos A y B, respectivamente. La suma m + n se  llama orden total de la reacción. En general, m y n no coinciden con los coeficientes estequiométricos.

· La energía de activación representa la barrera de energía que deben superar los reactivos para transformarse en productos (reacción directa) o los productos para transformarse en reactivos (reacción inversa). La energía de activación de la reacción directa es la diferencia entre la energía del complejo activado (intermedio de reacción) y de los reactivos. La energía de activación de la reacción inversa es la diferencia entre la energía del complejo activado y de los productos.

· El cambio de entalpía de la reacción: Reactivos Productos es igual a la diferencia entre la energía de activación directa y la energía de activación inversa.

ΔH = Ea(directa) - Ea(inversa)

· Cuanta más baja sea la energía de activación, más rápida será la velocidad de la reacción.